幂律分布非平衡尘埃等离子体中的充电过程及尘埃声波

摘要

尘埃等离子体由普通的电子-离子等离子体和沉浸其中的带电尘埃颗粒组成,它广泛存在于宇宙空间和实验室中。理论分析和空间观测的结果表明,尘埃等离子体中常存在一种服从幂律分布而非麦克斯韦分布的超热粒子;不同的尘埃等离子体团相互并不独立,而是经常在相对运动中交会并相互穿越。基于上述事实,本论文一方面在非广延统计框架下,推广了尘埃等离子体的理论研究成果,另一方面建立了相互穿越的尘埃等离子体模型,并初步探讨了其中的线性尘埃声波及其稳定性。
　　本论文在非广延统计框架下研究了尘埃等离子体中尘埃颗粒的基本充电过程,包括电子离子附着以及电子致二次电子辐射。研究中假设电子、离子均服从非广延幂律分布,且各自有着不同的非广延参数,在此基础上得到了由电子、离子非广延参数修正的尘埃充电电流,包括电子流、离子流和二次电子流。考虑不同的尘埃充电过程,文中通过理论推导和数值计算,分析了电子和离子的非广延性质对尘埃表面电性和电量的影响。
　　本论文在非广延统计框架下研究了尘埃等离子体中所特有的尘埃声孤波。研究基于两种不同的假设:尘埃电量恒定和尘埃电量扰动。在尘埃电量恒定假设下,根据约化摄动法和赝势法分别求得小振幅和任意振幅的尘埃声孤波,并通过理论推导和数值计算,分析了非广延性质对尘埃声孤波的影响。在尘埃电量扰动假设下,本论文只讨论了小振幅的尘埃声孤波。在这两种不同的假设下,非广延性质对尘埃声孤波的影响不同,通过分析可知:电子非广延性直接作用于尘埃电量扰动,从而间接影响尘埃声孤波性质;离子非广延性则直接影响尘埃声孤波性质。
　　本论文建立了由快尘埃等离子体与靶尘埃等离子体共同构成的相互穿越尘埃等离子体模型,分别在经典统计力学和非广延统计力学的框架下研究了模型中的线性尘埃声波,并进一步分析了其稳定性及稳定性条件。文中考虑了两种极限情况。在靶尘埃等离子体中的尘埃热速度远小于尘埃声波的相速度情况下,经典统计和非广延统计的结果均表明尘埃声波总是不稳定的;在靶尘埃等离子体中的尘埃热速度远大于尘埃声波的相速度情况下,尘埃声波有可能稳定传播,其稳定性受到相互穿越尘埃等离子体中某些组分的性质包括其非广延性质的直接影响。

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第一章 绪论

1.1尘埃等离子体简介

1.2尘埃等离子体理论的基本研究方法

1.3非麦克斯韦分布等离子体的观测

1.4本文的研究目的、意义和内容

第二章 非广延统计力学简介

2.1非广延统计力学及其应用简介

2.2玻尔兹曼-吉布斯熵与Tsallis熵

2.3非广延统计中的q-分布函数

2.4非广延参数q及q-分布的物理意义

2.5本章小结

第三章 幂律分布非平衡尘埃等离子体中的尘埃充电过程

3.1尘埃充电过程简介

3.2幂律分布非平衡尘埃等离子体中的电子离子附着充电[86]

3.3幂律分布非平衡尘埃等离子体中的二次电子辐射充电[87]

3.4本章小结

第四章 幂律分布非平衡尘埃等离子体中的尘埃声孤波

4.1尘埃声孤波理论基础与研究方法

4.2幂律分布非平衡尘埃等离子体中的尘埃声孤波

4.3本章小结

第五章 MB分布热平衡相互穿越尘埃等离子体中的尘埃声波

5.1尘埃声波理论基础[1-5]

5.2 MB分布热平衡相互穿越尘埃等离子体中的尘埃声波[212]

5.3本章小结

第六章 幂律分布非平衡相互穿越尘埃等离子体中的尘埃声波

6.1幂律分布非平衡尘埃等离子体中的尘埃声波理论基础

6.2幂律分布非平衡相互穿越尘埃等离子体中的尘埃声波[88]

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文的工作总结

7.2今后的工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢