共振和碰撞效應(yīng)對(duì)Weibel不穩(wěn)定性的影響.pdf

1、在慣性約束聚變、磁約束聚變、天體物理實(shí)驗(yàn)探索、軍事和工業(yè)生產(chǎn)方面，等離子體得到了廣泛的研究和應(yīng)用。等離子體中的波動(dòng)現(xiàn)象非常豐富，會(huì)出現(xiàn)線性和非線性相互作用，這是等離子體物理研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)。針對(duì)等離子體波，粒子速度各向異性是一種非常常見的現(xiàn)象，粒子不均勻性分布易誘發(fā)等離子體不穩(wěn)定性。Weibel不穩(wěn)定性就是由于電子速度（或溫度）各向異性分布而導(dǎo)致的一種電磁不穩(wěn)定性。Weibel不穩(wěn)定性發(fā)展到一定程度，等離子體將發(fā)生強(qiáng)烈的箍縮，形成高密度

2、的細(xì)絲狀，這種成絲過程在許多非磁化等離子體中都廣泛存在。不僅如此，Weibel不穩(wěn)定性還能形成準(zhǔn)靜態(tài)的自生磁場，這在受控?zé)岷司圩儭⒖禳c(diǎn)火等相關(guān)裝置中普遍存在。近年來，Weibel不穩(wěn)定性的研究有了更為深入地進(jìn)展，這也成為了等離子體不穩(wěn)定性研究的一個(gè)熱點(diǎn)，可以為物理和實(shí)驗(yàn)觀測等提供重要的理論支持和指導(dǎo)。本論文研究了速度（或溫度）各向異性等離子體中共振和庫侖碰撞效應(yīng)對(duì)Weibel不穩(wěn)定性的影響。
　　論文首先介紹了等離子體物理的基本概

3、念和特性、研究方法、不穩(wěn)定性種類以及幾種常見的不穩(wěn)定性，如磁鏡不穩(wěn)定性和電磁不穩(wěn)定性；Weibel不穩(wěn)定性的產(chǎn)生機(jī)制和意義，Weibel不穩(wěn)定性的應(yīng)用及研究進(jìn)展。
　　然后，基于 Vlasov-Maxwell等離子體動(dòng)理學(xué)理論，從玻爾茲曼方程出發(fā)，在逆流等離子體中，導(dǎo)出了 Weibel不穩(wěn)定性色散關(guān)系。在不同的溫度各向異性程度和電子平行熱速度以及束流的速度下，導(dǎo)出色散關(guān)系的本征值，得到了Weibel不穩(wěn)定性的增長率。結(jié)果顯示，在逆

4、流等離子體中，Weibel不穩(wěn)定性具有很多不同于非逆流等離子體中的特性，逆流等離子體對(duì) Weibel不穩(wěn)定性波模具有影響，隨著橫向溫度的衰減，Weibel不穩(wěn)定性在沿著逆流的方向逐漸變得明顯?；贚azar在2009年的研究，我們發(fā)現(xiàn)在波數(shù)很大的情況下，當(dāng)有限實(shí)頻率不為零時(shí)，Weibel不穩(wěn)定性此時(shí)是共振的。當(dāng)?shù)入x子體束流的速度越來越大，以致群速度比平行熱速度大時(shí)，此時(shí)共振現(xiàn)象愈發(fā)的明顯。研究顯示，Weibel不穩(wěn)定性的共振只在流束的群

5、速度遠(yuǎn)大于等離子體平行熱速度（或者與平行熱速度可比擬）的情況下出現(xiàn)。
　　最后，在空間無限、非磁化等離子體中，考慮速度各向異性，討論了Fermi-Dirac分布等離子體中的Weibel不穩(wěn)定性。對(duì)于任意簡并態(tài)，利用數(shù)值分析方法得到了 Weibel不穩(wěn)定性增長率，發(fā)現(xiàn)增長率隨著各向異性度的降低而減小；此外，在非簡并態(tài)極限下，研究結(jié)果可以退化到高溫極限下的麥?zhǔn)戏植记闆r。該結(jié)論對(duì)于強(qiáng)激光與等離子體相互作用的實(shí)驗(yàn)研究具有一定的理論參考價(jià)值

6、。等離子體中不同粒子間的碰撞可以引起等離子體性質(zhì)改變，甚至出現(xiàn)各種等離子體集體現(xiàn)象，如相關(guān)波的不穩(wěn)定性等。因此，本論文還考慮了電子-離子的庫侖碰撞效應(yīng)，研究了非相對(duì)論電子Fermi-Dirac分布的各向異性等離子體中的Weibel不穩(wěn)定性?；诮?jīng)典動(dòng)理學(xué)理論，得到了Fermi-Dirac分布等離子體中Weibel不穩(wěn)定性的色散關(guān)系，導(dǎo)出了增長率的解析表達(dá)式，討論了電子-離子庫侖碰撞對(duì)Weibel不穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明碰撞頻率對(duì)不穩(wěn)定性