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尘埃等离子体中非线性波的研究

近年来,尘埃等离子体已经成为等离子体研究中一个非常新兴的研究领域,因此研究尘埃等离子体的产生以及它的物理特性对空间探测、实验以及工业加工等领域都有着重要的作用。同时对于新型交叉学科有着重要的参考价值。本论文基于尘埃等离子体研究的重要性,结合非线性科学的相关知识,对不同的尘埃等离子体中的模型进行理论分析,得出一些有用的理论结果来验证实验或者空间观测的结果。本论文主要内容如下:论文的第一章介绍了尘埃等离子体的定义、来源、特性以及研究近况。简要指出目前众多研究人员运用的三种研究手段一理论分析、数值模拟和实验研究。第二章首先介绍了目前已经发现的各种非线性波或非线性结构及它们的研究进展;接着介绍理论分析中运用的两大方法-约化摄动法和赝势法,并指出这两种方法各自的优缺点;最后详细介绍各种非线性波的主导方程精确解的构造方法,主要介绍了扩展的双曲函数法、扩展的Ricatti映射法以及扩展的基于映射法的Tanh函数法这三种方法,并结合实例展示这些  (本文共101页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北师范大学
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尘埃颗粒大小分布对尘埃等离子体集体行为影响的研究

随着科学技术的高速发展,非线性科学以其令人惊异的复杂性成为人们的研究热点。对混沌、分形和孤立波等非线性现象的深入研究,改变了人们对自然界的认识,同时也成为非线性科学的的热门研究课题之一。本文运用约化摄动法分别研究了冷尘埃等离子体、热尘埃等离子体、磁化尘埃等离子体和尘埃等离子体晶体中的尘埃声孤波现象,着重考虑尘埃颗粒大小分布对尘埃声波的影响。论文第一章为前言部分,简要介绍非线性科学的研究内容、等离子体物理基本概念和摄动方法的基本原理。论文第二章研究未磁化的、无碰撞的、双温度离子的冷尘埃等离子体中的有限小振幅尘埃声波。通过使用约化摄动法,得到尘埃声波在不同情况下满足的Kadomtsev-Petviashvili (KP), Modified KP和Coupled KP方程。结果表明:1.将尘埃颗粒大小呈Power Law Distribution (PLD)分布的双温度离子冷尘埃等离子体中的尘埃声孤波与尘埃颗粒大小相同的尘埃等离子体...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北师范大学
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强耦合尘埃等离子体的研究

强耦合尘埃等离子体晶格是新发现的一类软凝聚态物质,与原子晶格相比,构成这类晶格的颗粒尺寸较大,易于观察,并且可通过调节一系列参数(如:数密度,温度,颗粒尺寸等)来控制它的行为,因此,引起了人们广泛的关注。对于这一新物质的研究将促使人们更好地理解相变、声子的传播、升华、退火和晶格缺陷等现象。此外,等离子体晶格中还存在其它多种复杂而有趣的运动形式和能量输运方式,如晶格的振动与波。由于波提供了理论与实验的联系纽带,因而对等离子体晶格中的波的研究具有极为重要的意义,一旦了解了波动现象,就可用它来测量等离子体晶格的各种参量。本文主要从理论上研究了二维、三维简单立方晶格中的线性波和非线性波,得到了线性波的色散关系及孤立波解。由于尘埃粒子在一定条件下形成晶格后,尘埃粒子间距大于其德拜屏蔽长度,因此,我们仅考虑了最近邻和次近邻粒子间的相互作用。在同种粒子组成的简单立方晶格中,讨论了几个特殊方向的线性波,在二维晶格中,每个方向存在两支波,即一支横...  (本文共50页) 本文目录 | 阅读全文>>

西北师范大学
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复杂等离子体中激波特性的研究

近年来,复杂等离子体(尘埃等离子体)中的非线性激发和相干结构的研究引起了人们极大的兴趣,孤波和激波是复杂等离子体中最常见的相干结构。而在尘埃等离子体中,由于尘埃颗粒带电量的变化和非均匀性会引起耗散、色散和非线性等效应,这些效应共同作用会导致等离子体的不稳定性,产生复杂的非线性相干结构,甚至在一定条件下会产生混沌运动。本论文主要研究了尘埃电荷扰动、高能离子、外部磁场以及非均匀性对复杂等离子体中相干结构(孤波和激波)的影响,同时,对一个特殊的KdV Burgers系统的混沌特性及其控制进行了分析。本论文讨论的复杂等离子体主要由带负电的尘埃颗粒、高能离子和玻耳兹曼分布电子组成。首先,讨论了绝热电荷扰动、高能离子、外部磁场等因素对等离子体中孤波特性的影响。其次,研究了非绝热电荷扰动对磁化等离子体中激波稳定性和结构的影响,并进一步讨论了光滑型激波和振荡型激波之间过渡的临界条件。同时,在理论和数值上研究了非均匀非平面磁化尘埃等离子体中不稳定...  (本文共58页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
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磁化等离子体中非线性波特性的研究

等离子体是宇宙中广泛存在的一种物质形态,其内存在着十分丰富的集体现象。随着非线性物理学的发展,对等离子体非线性现象的研究已成为当前等离子体物理学研究的一个重点。本文建立并研究了几种磁化等离子体模型,数值研究了其中孤波、激波的结构和传播特征,同时还研究了孤波间相互作用所产生相移的问题。主要研究内容和成果如下:1.研究了含电子的磁化对离子等离子体(Pair Ion Plasma)中非线性波的特性。利用约化摄动法导出了含电子的磁化对离子等离子体的离子磁声孤波KdV方程,得出了解析解,用数值方法研究了孤波的结构随物理参量的变化关系。研究发现,孤波的振幅和宽度随外加磁场的磁感应强度、等离子体粒子数密度和负离子的浓度有密切的关系。当磁感应强度逐渐增大时,孤波振幅逐渐增大,而其宽度却逐渐减小;磁声孤波的振幅随正离子粒子数密度的增加而减小,而宽度却单调地增加;当负离子的浓度增加时,孤波的幅度也逐渐增加,但孤波宽度不随负离子浓度单调的变化,其规律...  (本文共115页) 本文目录 | 阅读全文>>

《光学学报》2009年02期
光学学报

绝热电荷扰动对非均匀热尘埃等离子体中三维孤波的影响

1引言 近年来尘埃等离子体中的非线性逆序结构(如孤波,激波)引起了人们极大的研究兴趣卜‘〕。尘埃等离子体是一种含有电子、离子和尘埃颗粒的电离气体。由于尘埃颗粒的大质量和高的带负电量的特性,其存在会显著影响等离子体的集体行为并激发非常丰富的波动模式。尘埃颗粒上不断有电子流和离子流的出人以及二次电离、光电离等因素「5一7〕,所以尘埃颗粒上的带电量不是一个常量而是随着时间和空间变化的,因此尘埃电荷成为尘埃等离子体中的一个新的动力学变量,研究其对等离子体中各类非线性过程的作用成为尘埃等离子体物理中的一个重要课题。2期张玺君等:绝热电荷扰动对非均匀热尘埃等离子体中三维孤波的影响在实际等离子体物理场中,背景场尘埃等离子体密度的分布是非均匀的,即随空间变化,而这一重要特征往往被人们忽略[8,g〕。当今对于非均匀尘埃等离子中非线性波的研究大多数都集中于一维,对于三维非线性波的研究非常少。基于这种情况,在考虑非均匀性、尘埃颗粒绝热电荷扰动以及外部...  (本文共4页) 阅读全文>>