26224.等離子體中的電流奇異性研究

1、博士學位論文等離子體中的電流奇異性研究Thestudyofthesingularityinplasmacurrent學號：10802010答辯日期：20141207大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要非均勻等離子體中會產生各種不同空間尺度的電流結構。具有空間奇異性的電流結構有著非常豐富的小尺度效應，如耗散或其它動力學、動理學效應，而且這種奇異電流結構可以極大增強局域等離子體加熱

2、效應，所以有關電流奇異性的研究是等離子體物理中一個重要的課題。阿爾芬共振和磁重聯(lián)作為兩種常見的奇異電流結構，其基本理論模型雖然早在上世紀60年代末開始就相繼被提出，但至今為止研究的熱度依舊不減。原因一方面來自于人們對自然界一些重要現象的探知，如日冕加熱，磁暴、亞暴等；另一方面則來自于實驗室或工程上的需要，如波加熱，鋸齒不穩(wěn)定性，鎖模等問題的應用與控制。同為由非均勻效應引起的奇異電流結構的阿爾芬共振與磁重聯(lián)，其理論在各自的領域都取得了一定

3、的成功，但是兩者的研究幾十年以來一直相對獨立。而實際上，兩者有很多相似的地方，比如可以有相同的初始平衡和幾何位型，相同的邊界條件，可以用相同的方程描述等。近年來等離子體物理學界開始關注阿爾芬共振與磁重聯(lián)兩者之間的內在聯(lián)系。一部分觀點認為磁重聯(lián)的理論應包含在阿爾芬共振的理論之中。如將阿爾芬共振點放在零磁場、零流場奇異點，則得到的擾動量的隨時間演化行為與磁重聯(lián)理論給出的結果一致。而另一部分觀點則側重于兩者在外部參數連續(xù)變化下的轉化，并給出了

4、兩者轉化的臨界頻率。實際上兩種觀點都有合理的部分，但也都存在各自的問題。第一種觀點對磁重聯(lián)的解釋受限于擾動頻率精確為零的情況，而第二種觀點在處理阿爾芬共振和磁重聯(lián)時采用的仍是各自獨立的模型，沒有一個可以涵蓋兩者的統(tǒng)一的理論方法。針對上述問題，本文從理想磁流體框架下的電流奇異性出發(fā)，具體地研究了阿爾芬共振與磁重聯(lián)的幾個相關問題，以解釋兩者作為奇異電流結構在奇異性性質方面的聯(lián)系與區(qū)別。第一章，簡述了阿爾芬共振和磁重聯(lián)各自的應用背景與理論的發(fā)

5、展。另外對本文用到的基本概念和方法也做了相應的介紹。第二章，基于以往對阿爾芬共振對數型奇異性和驅動磁重聯(lián)l／X代數型奇異性的認識(如不明確指出，下文出現的奇異性均指擾動流函數或在平衡的非均勻方向上擾動位移的奇異性)，本文重新討論了所有平衡剖面，即磁場、密度、剪切流對阿爾芬共振奇異性的影響和作用。在滿足阿爾芬共振條件的前提下，當共振點附近的阿爾芬速度剖面與擾動相速度剖面的局部性質相同時(表現為高階導數在共振點處也相等)，這一系列次級共振條