高能粒子作用下等离子体静电波非线性特征的粒子模拟研究

【作者】 李书翰； 王丰； 刘金远；

【机构】 大连理工大学；

【摘要】 近些年来高能粒子与波的非线性相互作用引起了越来越多人的关注,一个重要的例子是在聚变装置中产生的高能阿尔法粒子会与体系中的波共振而破坏磁约束,影响聚变反应的持续进行。而目前对高能粒子与波共振非线性阶段的研究还有待完善。本文从更普适的角度出发,通过粒子模拟方法模拟了静电条件下加入高能粒子的无耗散等离子体,观察了高能粒子与一支等离子体静电波发生相互作用的线性及非线性过程。计算了波线性阶段增长的增长率正比于加入高能粒子的数目。分析了波粒子相互作用的非线性阶段粒子的动理学行为,并说明了静电且无碰撞的情况下波与粒子能量交换的物理过程是通过场传递了相互作用。模拟了背景中同时存在两支不同波数的静电波时高能粒子与波发生的相互作用,计算了波线性阶段的增长率及非线性阶段时波的饱和振幅,并与这两支波分别单独与高能粒子相互作用的结果相对比。发现在高能粒子驱动相同的情况下,双波同时存在时,各支波线性阶段的增长率均有所提高。同时,双波共振时饱和的时间变长,饱和时的电势振幅更大。另外,发现当增加高能粒子的数目,使高能粒子驱动增强至可以改变背景电子的速度分布时,系统等离子体的电子静电频率有小幅红移,且随驱动增强而降低。更多还原