尘埃等离子体中非线性波的叠加效应及稳定性问题

研究了小的有限振幅的无磁场尘埃等离子体中的非线性波.在一维情况下由Kortewegde Veries(KdV)方程来描述,考虑了二维情况下尘埃等离子体中尘埃颗粒上电荷的变化效应以及双温度离子效应后,尘埃等离子体受到横向高阶扰动后动力学方程由Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程来描述.在此基础上,研究了以任意夹角传播的两个及三个孤立子的相互作用问题,考虑非线性效应后振幅相等的双孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的4倍,振幅相等的三孤立子在相互作用区域内振幅最大值是单个孤立子振幅的9倍.研究还表明波的传播方向受到横向高阶扰动后是稳定的.     

等离子体中非线性朗谬尔波的哈密顿描述

研究了在双离子（H^ ,O^ )成份等离子体中的非线性朗谬尔波的特性,从流体方程出发,考虑低频离子运动的完全非线性和双极势的色散,得到了描述高频电场缓变振幅与低频势扰动的耦合方程组。利用哈密顿方法,在小振幅情况下,对方程组解耦合,利用Sagdeev势方法,对孤立波的性状进行了讨论,结果表明,双离子成份等离子体中双极势的孤立子的幅度相对电子,离子等离子体的双极势孤立子的幅度要大,而相应的高频电场强度的幅度相对要小,相应的孤立子的速度传播区也较小。     

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研究了强耦合尘埃等离子体的尘埃声波的线性色散关系和尘埃声孤波的非线性传播。考虑一个包含电子、离子、正电扰动尘埃颗粒的完全电离的三成分模型等离子体。假定其电子、离子数密度服从玻尔兹曼分布,而大质量的尘埃成分用一组经典流体方程描述,对系统方程进行线性化,得到了尘埃声波的线性色散关系,发现离子的集中参数对色散关系的影响很大。用约化摄动法对系统方程进行展开,得到了描述小振幅孤波的伯格斯方程。基于伯格斯方程研究了尘埃声孤波的基本特性,发现尘埃颗粒的强耦合效应对尘埃声孤波有很大的修正作用。该研究结果有助于理解尘埃空间等离子体中局域波的一些特性。     

强耦合尘埃等离子体中正电扰动下的尘埃声激波

研究了强耦合尘埃等离子体的尘埃声波的线性色散关系和尘埃声孤波的非线性传播。考虑一个包含电子、离子、正电扰动尘埃颗粒的完全电离的三成分模型等离子体。假定其电子、离子数密度服从玻尔兹曼分布,而大质量的尘埃成分用一组经典流体方程描述,对系统方程进行线性化,得到了尘埃声波的线性色散关系,发现离子的集中参数对色散关系的影响很大。用约化摄动法对系统方程进行展开,得到了描述小振幅孤波的伯格斯方程。基于伯格斯方程研究了尘埃声孤波的基本特性,发现尘埃颗粒的强耦合效应对尘埃声孤波有很大的修正作用。该研究结果有助于理解尘埃空间等离子体中局域波的一些特性。     

尘埃等离子体中朗缪尔波的非线性调制

研究了尘埃等离子体中尘埃声波（ＤＡＷ）和尘埃离子声波（ＤＩＡＷ）对朗缪尔波的非线性调制。在小而有限振幅极限下,得到了朗缪尔波的包络孤立子。对于朗缪尔波与尘埃声波的非线性耦合,包络孤立子存在两个速度传播区;而对于与尘埃离子声波的耦合,只有一个传播区     

低β尘埃等离子体中尘埃-动力学阿尔文孤立波

用三成分的流体模型,研究了尘埃等离子体中的尘埃－动力阿尔文波。导出了描述离子密度变化的非线性的能量积分方程。在小振幅极限下,得到密度的孤立子解,对Ｓａｇｄｅｅｖ势进行了数值研究。结果表明,在不同的参数区域,可以激发具有密度坑或密度隆起的孤立波;随着尘埃密度的增加,密度坑变浅,密度隆起增大。     

绝热电荷扰动对非均匀热尘埃等离子体中三维孤波的影响

尘埃颗粒上不断有电子流和离子流的出入以及二次电离、光电离等因素,所以尘埃颗粒上的带电量不是一个常量而是随着时间和空间变化的,因此尘埃电荷成为尘埃等离子体中的一个新的动力学变量,研究其对等离子体中各类非线性过程的作用成为尘埃等离子体物理中的一个重要课题.当今对于非均匀尘埃等离子中非线性波的研究大多数都集中于一维,对于三维非线性波的研究非常少.基于这种情况,在考虑非均匀性、尘埃颗粒绝热电荷扰动以及外部磁场等物理因素的情况下,运用约化摄动方法得出描述三维孤波的变系数的Korteweg-de Vries(KdV)方程.由结果可以看出,非均匀性、电荷扰动、外部磁场、斜向传播、尘埃温度对三维非线性波的传播有着极大的影响.利用适当的变换,得到了变系数方程的近似解.     

热尘埃等离子体中(2+1)维尘埃声孤波的传播特征

研究了由尘埃颗粒、电子和非热离子所组成的非磁化热尘埃等离子体中(2+1)维非线性尘埃声孤波的传播特征.首先,利用约化摄动法推导得到了用来描述(2+1)维非线性尘埃声孤波的Kadomtsev-Petviashvili(KP)方程,并采用行波解法进行了定性分析,从而获得了该系统的相图及Sagdeev势方程;然后,利用数学软件的数值模拟分析方法讨论了等温和绝热两种状态下,热尘埃等离子体系统中不同参数对KP方程的非线性系数、色散系数、系统相图、Sagdeev势函数及孤立波解的影响.最终,研究结果表明:等温和绝热状态下,尘埃颗粒的质量、电子和非热离子的温度、数密度及分布状态等多种系统参数对非线性尘埃声孤波的振幅、宽度及波形等传播特征均存在重要影响.     

非热离子对非均匀碰撞热尘埃等离子体中三维孤波的影响

从理论上研究了非热离子、外部磁场、碰撞对非均匀热尘埃等离子体中三维非线性尘埃声孤波的影响。运用约化摄动法得到描述三维非线性尘埃声孤波的非标准的变系数Korteweg-de Vries(KdV)方程。然后把非标准KdV方程变为标准的变系数KdV方程,并且得到了标准的变系数KdV方程的近似解析解。由此解析解可以看出,非热离子的数目、碰撞、非均匀性、波的斜向传播、尘埃颗粒和非热离子的温度对三维非线性尘埃声孤波的振幅和宽度有很大的影响。外部磁场对三维非线性尘埃声孤波的宽度有影响,而对其振幅没有影响。此外,波的相速度与非热离子、波的斜向传播、尘埃颗粒的温度和非均匀性有关。     

非均匀尘埃等离子体中孤子的传播

运用约化摄动法研究了非均匀尘埃等离子体中孤子的传播情况. 在低阶近似下, 对于小的、但有限振幅的长波振动, 当分界面不连续变化时,孤子在不连续点的反射波与透射波均可由 KdV 方程来描述, 并给出了低阶近似情况下, 对于小的、但有限振幅的长波振动, 当入射波为单孤子时, 反射孤子与透射孤子的个数及其大小;当分界面是有限长度并连续变化时,对于小的、但有限振幅的长波振动, 尘埃声孤波由KdV型方程来描述,并由此给出了准孤子振幅、传播速度等参量在传播过程中的变化. 关键词： 尘埃等离子体 孤子 KdV方程 约化摄动法