《輻射帶電子沉降的數值研究》是依託中國科學技術大學，由陶鑫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：輻射帶電子沉降的數值研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陶鑫
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
輻射帶高能（～MeV）電子可以對飛行器造成危害，其動力學過程是空間天氣研究的一個重要部分。電漿波動與電子共振作用被認為是輻射帶高能電子加速與丟失的一個重要機制。過去描述波動造成的電子加速與丟失的定量分析主要使用準線性理論。但最新的研究顯示，大幅度相干電漿波造成的電子非線性運動可能在輻射帶電子加速過程中扮演重要角色。針對該非線性運動在輻射去凶帶電子沉降中重要性的研究比較缺乏，本項目使用測試粒子模擬方法，結合觀測結果，研究大幅度相干波動造成的電子非線性運動對輻射帶電子沉降的影響，並探索通過反演揭示其在輻射帶電子動力學過程中的重要性。我們還將系統地分析幾種重要的電漿波動對電子沉降的相對貢獻，這包括電磁離子迴旋波，嘶聲，合聲, 以及大幅度相干哨聲波。該研究對揭示電漿波動造成的電子沉降在輻射帶電子通量降低過程中的作用具有重要意義。
結題摘要
本項目的研究背景在於通過數值與理論的方法，研究不同種類電漿波動以及非線性動力學過程在電子沉降過程中的作用。通過本項目的支持，我們取得了以下幾點主要研究結果。1，通過結合層方法與保正和保單調性高精度插值算法，提出了求解輻射帶電子輸運方程的高效保正解法，並推廣至三維模擬。該方法的主要優點是在效率與一般數值解法相當的情況下，避免一般解法出現的非背旬幾物理的振盪熱淋催院解和相空間密度為負的情況。可以用於模擬輻射帶電子的加速與沉降過程。2, 理論推導了適用於實際波動分布的彈跳共振擴散係數。之前的彈跳共振理論假設電漿波動在空間上覆蓋整個粒子軌道，且南北半球波動的角分布一致。而實際的電漿波動往往具有有限空間分布，且源位於赤道面附近，所以南北半球波動的角分布並不一致。因此之前的理論彈跳共振擴散係數並不能直接套用於實際的電漿波動。在本項目的支持下，我們推導了適用於有限空間分布且源位於赤道附近的電漿波動所引起的彈跳共振擴散係數。將該彈跳共振擴散係數套用於磁聲波，表明彈跳共振可以引起90度投擲角的電子散射。如果與其它波動相結合，可能引起90度投擲角電子通量通過電子沉降的方式降低，因此在輻射帶電子動力學過程中扮演重要角色。3，之前的研究表明高度相干的合聲波可以引起電子的快速沉降，而合聲波的持續時間是其中一重要因素。我們統計了合聲波駝蘭汗記的持續時長，並解釋了該時長日夜不對稱性的原因。4，通過觀測發現了三波耦合所引起的下帶求詢判斜傳播合聲波。之前的研歸和只究表明，相比於平行傳播的合聲波，斜傳播的合聲波可能更易引起電子的沉降。我們通過一事例首次展示了三波耦合所產生的下帶斜傳播合聲波動，並解釋了三波的性質對下帶合定放霉聲波的掃頻方向的影響。這些研究成果對進一步理解波粒相互作用引起的電子沉降及其物理機制有重要意義。
