无碰撞电流片低频电磁模不稳定性：MHD模型

利用含无电阻广义Ohm定律的可压缩磁流体力学(MHD)理论，研究了在具有剪切磁场的无碰撞电流片中低频电磁模不稳定性，假定等离子体压力各向同性，推导出了三维扰动传播波模的色散关系.色散关系的数值求解集中在电流片中间平面(z=0)和半厚度边缘(z=1)上，并分别考虑了二维传播和三维传播，以及不同的离子惯性长度情况.主要结果如下：1)对 于二维扰动传播(k_z=0)的波，在z=0平面上，Alfven波增长率最大，不稳定的波 频率 和波数范围也更宽.离中间平面越远，增长率越小，波数区域越小.同时，随着离子惯性长度 的增大，Alfven波不稳定性的增长率变大.2)对于三维扰动传播(k_z≠0)的波， 哨声是 不稳定的.在电流片中间平面上，哨声有明显的增长率；而在离子惯性区外边，哨声的增长 率还变大.3)在电流片中间(z=0)平面上，低频波主要是电流不稳定性激发的.在离中间 平面较远处，电流、密度和压力的梯度不稳定性变得更重要. 关键词： 无碰撞电流片 磁流体力学 色散关系 不稳定性     

强碰撞磁化尘埃等离子体中的漂移波

研究磁化尘埃等离子体的波动机理,对相关实验、工业加工、天体空间探测等具有重要的价值.本文研究了非均匀磁化尘埃等离子体系统的线性和非线性波动特性.对处于均匀外磁场中的非均匀尘埃等离子体系统,存在密度和温度梯度的非均匀环境,考虑尘埃和中性粒子的强碰撞作用,得到了一个二维非线性磁流体动力学方程.通过线性化得到了色散关系,系统既有强碰撞引起的阻尼波,又有粒子漂移产生的谐波;典型的数值参量分析结果表明,量子参量修改了系统的尺度;实频与漂移频率成正比关系,而虚频与尘埃和中子间的碰撞频率有着比较复杂的关系,粒子的碰撞引起了系统的耗散效应.通过函数变换法,获得了漂移的冲击波和爆炸波的解析解.详细讨论了静电势随着主要物理量的变化,研究结果显示,静电冲击波的幅度和爆炸波的宽度都随尘埃密度和外界磁场强度的增大而增大,随着碰撞频率的增大而减小,随漂移速度而变化.当时空相位较小时,静电势变化很快,一旦足够大时,静电势将趋于稳定值,最终达到稳定的状态.最后对系统的稳定性问题进行了分析,发现尘埃电荷量、量子参量、漂移速度都出现在扰动解中.本文所得结果表明,强碰撞效应、量子效应、粒子漂移和外界磁场等主要物理量都对尘埃...     

托卡马克旋转等离子体中阿尔芬波电流驱动

随着托卡马克实验的发展，人们正在寻求和研究多种更适合先进托卡马克高约束性能等离子体的电流驱动方法，然后加以比较和选择。尽管达到兆安量级的低杂波电流驱动已经在许多托卡马克上取得成功，但低杂波不能渗透到反应堆尺寸的托卡马克等离子体密度增加而降低，使得在反应堆尺寸的托卡马克等离子体中使用低杂波驱动电流受到限制。有人预计在反应堆托卡马克中采用电子回旋波驱动电流比低杂波驱动更有效，不幸的是，直到目前还没有足够的实验证明这个预言的正确性。阿尔芬波电流方式，它具有在等离子体中传播不存在密度极限问题等优点，也许更适合未来的反应堆托卡马克。     

托卡马克等离子体不同平衡位形下的电子回旋波电流驱动

在给定的等离子体总电流和中心电流密度条件下,数值求解平衡方程,求出不同拉长比和三角形变因子的托卡马克等离子体温度、密度、磁场分布,然后通过求解波迹方程和Fokker-Planck方程,分别计算这些位形下的电子回旋波波迹和电流驱动.结果表明：电子回旋波X模从顶部发射时,随着拉长比的增大,波迹会向弱场侧偏移.电子回旋波X模从弱场侧发射时,电子回旋波在等离子体中传播沉积的功率份额随着拉长比的增大而增加,驱动电流位置随着三角形变因子的增大向等离子体中心移动.驱动电流位置随环向和极向发射角的减小向中心移动,对应的电流密度峰值也变大.     

等离子体填充波纹波导中低频模式特性分析

采用等离子体流体模型和线性场理论，导出了在强引导磁场下，一无限薄环形等离子体加载 波纹波导中电磁波传播的色散关系.数值计算并分析了在不同的等离子体填充密度下，低频 等离子体模式的色散特性和行波管的小信号增益.研究发现，低频等离子体模式可与相对论 电子束发生同步互作用使高频信号放大.同时，在无限薄环形等离子体填充条件下，波纹波 导中的低频等离子体模式严格满足Floquet定理所要求的周期性，其上截止频率不再受到等 离子体频率的限制，当密度较大时，等离子体模式还可与TM模式发生耦合. 关键词： 等离子体 波纹波导 色散关系 增益     

托卡马克等离子体不同运行模式下的电子回旋波电流驱动

在给定等离子体密度分布下，从电子、离子的能量方程出发，根据不同运行模式下等离子体的热传导率不同，分别求出了中心负剪切模式，常规剪切H模式和L模式下的等离子体温度分布，然后通过求解波迹方程与相对论情况下的Fokker-Planck方程，分别计算了这些模式下的电子回旋波电流驱动和波功率沉积.得到在中心负剪切下，驱动电流最大，驱动效率最高，功率沉积和电流分布区间跨度大；在常规剪切H模式下，驱动电流较小，分布区间跨度比较窄，驱动效率相对较低；在常规剪切L模式，驱动电流效率最低，分布区间跨度也非常集中. 关键词： 托卡马克 电子回旋波电流驱动 中心负剪切 常规剪切     

热电子等离子体无碰撞漂移波的稳定性

本文采用Vlasov方程,分析了热电子等离子体中低频交换模和漂移波的性质,讨论了热电子成分的稳定作用。稳定交换模要求热电子成分约为10％,稳定漂移波要求热电子成分约为30%。文中还讨论了离子有限Larmor半径、等离子体密度梯度和温度、磁场曲率、扰动波长等参数对稳定性的影响。同MHD近似下强碰撞漂移波的结果相比较,热电子对无碰撞漂移波有更好的稳定作用。 关键词：     

发射波功率密度对电子回旋波电流驱动的影响

采用高斯光束的研究方法,结合Fokker-Planck方程,在堆级等离子体条件下模拟了发射波功率密度的改变对电子回旋波功率沉积以及电流驱动的影响。结果表明,高功率密度的波束会拓宽功率沉积剖面,使功率沉积的位置略有外移,电流驱动效率略有降低。     

托卡马克等离子体中的电子回旋波电流驱动

通过将波迹方程与相对论情况下的完全Fokker-Planck方程联合进行求解,研究了寻常波基频电子回旋波从托卡马克等离子体中平面弱场侧发射时的电流驱动。数值结果表明:随着等离子体电子密度、温度的提高, 功率沉积和电流分布的位置将向等离子体的边缘方向偏移,并且产生的总的驱动电流随之减小;入射波极向发射角和环向发射角度的改变对功率沉积、电流分布及其大小产生明显的影响。     

Low-frequency variable charge solitary waves in a collisionless dusty plasma with a Cairns-Gurevich ion velocity distribution

In this paper, the problem of large amplitude dust acoustic (DA) solitons has been addressed in a charge varying dusty plasma with ions following a Cairns-Gurevich distribution. Based on the orbit motion limited approach, the correct Cairns-Gurevich ion charging current is presented for the first time. The expression relating the variable dust charge to the plasma potential is given in terms of the Lambert function and we take advantage of this transcendental function to, carefully, analyse DA solitons in a charge varying dusty plasma with trapped nonthermal ions. Our results show that the spatial patterns of the variable charge solitary wave are significantly changed due to the presence of ion population modelled by the Cairns-Gurevich distribution. An addition of a small concentration of trapped nonthermal ions makes the solitary structure less spiky, grows the net negative charge residing on the dust grain surface, and contributes to the electron depletion. Finally, our investigation is extended to highlight the effect of the grain dust charge variation. We have shown that under certain conditions, the impact of dust charge fluctuation may furnish an alternate physical mechanism rasing anomalous dissipation, which becomes more strong and may predominate over the dispersion as the nonthermal character of ions following the Cairns-Gurevich distribution increases.     

量子等离子体中波的色散关系以及朗道阻尼

利用动理学理论研究量子等离子体中波的色散关系和电子朗道阻尼.从电子的量子流体动力学方程和动理学描述下的光子运动方程出发,研究量子效应对光子朗道阻尼的修正.研究发现量子效应只对纵波模式,即电子等离子体波的色散关系有修正,对横向电磁波的色散关系没有影响.量子效应减小了朗道阻尼,起着朗道增长的作用. 关键词： 量子等离子体 朗道阻尼 电子等离子体波 色散关系     

带状电子束的空间电荷场

 利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明：在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。     

Dispersion relations of lattice waves in three-dimensional strongly coupled complex plasma crystals

Dispersion relation matrices, with the screened Coulomb interaction between a charged dust particle and all other particles taken into account, are derived for waves in body centred cubic (bcc) and face centred cubic (fcc) lattices in three-dimensional strongly coupled complex plasma crystals separately. The matrices are then calculated in characteristic directions to obtain the longitudinal and transverse eigenmodes. The longitudinal and transverse waves for these cases are discussed separately.     

带状电子束的空间电荷场

利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明：在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。     

Dust ion acoustic waves in non-thermal Cairns bi-Maxwellian plasma

Using kinetic theory approach, the dispersion relation ω_r and Landau damping rate γ for dust ion acoustic waves are investigated numerically and analytically in an unmagnetized collisionless dusty plasma considering Cairns distribution for electrons and ions in stationary dust particles background. The phase velocity and Landau damping rate are calculated in the limits v_td∥ < v_ti∥ << ω/k << v_te∥ . The electrons and ions non-thermality effects are incorporated via the non-thermality parameter (0 ≤ α < 1) . The real frequency ω_r and Landau damping rate γ of the mode in Cairns bi-Maxwellian distributed plasma are graphically shown to depend on plasma parameters namely non-thermality index α , ion to electron temperature ratio T_i∥/T_e∥ and the dust concentration parameter δ (=1 − ηZ_d) .     

Quantum collisionless damping of Langmuir waves in degenerate plasma

A new phenomenon, i.e., quantum damping of Langmuir waves in electron degenerate plasma was detected, studied, and explained. It was shown that quantum damping occurs in the short-wavelength spectral region, i.e., has a wavenumber threshold. Numerical solutions to the quantum dispersion relation were found for complex frequencies of Langmuir waves. Analytical expressions were derived for frequencies and wave damping decrements in various wavenumber ranges.     

Self-consistent current structures in a relativistic collisionless plasma

Based on the method of invariants of particle motion in a relativistic collisionless plasma, we obtain a series of exact nonlinear solutions describing stationary neutral current-carrying structures with self-consistent magnetic field in planar, cylindrical, and 2D geometries. The solutions correspond to space-inhomogeneous anisotropic particle distributions and have a functional degree of freedom, i.e., they do not require a known fixed form of energy distribution. Physical properties of the current sheets and filaments, including current localization and value, degree of anisotropy of the particle distribution, and constraints on the particle and magnetic-field energy-density ratio, are discussed. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 52, No. 2, pp. 85–94, February 2009.