【摘 要】
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本文利用双流体(分离的电子离子方程)和扩展磁流体(质心单流体方程)模型表象,从理论上研究了非均匀等离子体中的漂移波和不稳定性。对于高温(聚变或空间)和低温(量子)等离子体,双流体效应和有限拉莫尔半径效应可以改变宏观现象的波传播、不稳定性增长率和弛豫物理。我们通常采用双流体和扩展磁流体两种方法来研究同时包括宏观和微观物理的等离子体动力学。在双流体模型中,流体分离的主要效应保留在电子引起的抗磁漂移和离
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本文利用双流体(分离的电子离子方程)和扩展磁流体(质心单流体方程)模型表象,从理论上研究了非均匀等离子体中的漂移波和不稳定性。对于高温(聚变或空间)和低温(量子)等离子体,双流体效应和有限拉莫尔半径效应可以改变宏观现象的波传播、不稳定性增长率和弛豫物理。我们通常采用双流体和扩展磁流体两种方法来研究同时包括宏观和微观物理的等离子体动力学。在双流体模型中,流体分离的主要效应保留在电子引起的抗磁漂移和离子引起的极化漂移中;而在扩展磁流体模型中,这些效应在主导量级上是由广义欧姆定律和回旋粘滞应力张量所提供的。首先,本文推导了非均匀磁化等离子体中电子热分布和非热分布的电阻漂移模局部色散失系。其中,耦合的模方程是利用具有电子热分布和非热分布(Cairns和kappa分布)的双流体等离子体模型得到的。研究发现,增加Cairns分布的T值(用于估计处于非热分布的电子数量)可以稳定电阻漂移模。进而,增加kappa分布的k值(即谱指数)对模式有去稳作用。其次,利用扩展磁流体模型分析了回旋粘滞效应对线性电磁电阻漂移波不稳定性的影响,在冷离子区恢复了传统的电阻漂移Alfven模式。第三,考虑电子的交换和关联效应,导出了磁化稠密等离子体中量子漂移模(QDM)的局域色散关系,而这一新发现的量子漂移模式只存在于低温条件下。此外,通过两种不同的数学表象,即扩展磁流体和双流体模型表象,对电阻漂移Alfven(RDA)模的稳定性进行了比较研究,导出了 RDA模在冷离子和热电子作用下的局域色散关系。我们的结果验证了双流体方法在RDA模式的建模上与扩展磁流体方法是基本相当的。然而,与扩展磁流体模型相比,双流体模型表象中的双流体效应更多地包含了与离子极化漂移相关的一些附加项。最后,利用扩展磁流体模型分析了漂移波和交换不稳定性的重叠区域。在中等的等离子体比压和Lundquist数下,模式保持其漂移波特性;而对于非常小的平行磁场方向波数值,模式转变为电阻交换模特性。
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