發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 10:09

　　 在地球一定的空間范圍內(nèi)存在著大量被地磁場捕獲的高能(200keV-幾十MeV)帶電粒子,這個(gè)捕獲區(qū)域稱之為輻射帶,它是地球磁層中的一個(gè)比較特殊的區(qū)域。被地球磁場捕獲的太陽風(fēng)粒子是高能粒子的主要來源,高能粒子在輻射帶的兩個(gè)磁鏡點(diǎn)之間來回做彈跳運(yùn)動(dòng)。輻射帶環(huán)繞地球呈輪胎狀分布,按空間分為內(nèi)輻射帶和外輻射帶兩層。兩層中間高能粒子密度較低的地方稱為槽區(qū)。高能帶電粒子有三個(gè)絕熱不變量,能夠在輻射帶中存在很長時(shí)間。這些高能粒子能夠使飛行在外輻射帶中的航天器電子元器件的狀態(tài)發(fā)生改變,從而使航天器的運(yùn)行出現(xiàn)異常,同時(shí)也容易導(dǎo)致宇航員等人員健康受到損害,給國家航天安全帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在大的地磁暴期間,地磁場的劇烈擾動(dòng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的地面電勢(shì),威脅到電網(wǎng)和輸油管道的安全。所以研究、預(yù)測(cè)輻射帶的高能粒子的動(dòng)力學(xué)演化過程具有重要的科學(xué)意義。目前研究表明,地球輻射帶夜側(cè)合聲波能夠有效地加速高投擲角電子,而日側(cè)合聲波可以優(yōu)先加速中投擲角電子,產(chǎn)生能量電子的蝴蝶型分布,但這需要進(jìn)一步觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。本文利用NASA的Van Allen Probes衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了 2013年3月17日至18日期間發(fā)生強(qiáng)磁暴時(shí)外輻射帶中高能電子(1.8-2.6 MeV)通量的演化。在L = 4.1的附近,Van Allen Probes同步觀測(cè)到夜側(cè)合聲波增強(qiáng),高能電子通量增漲約50-100倍。同時(shí)我們還研究了 2016年1月20日期間發(fā)生強(qiáng)磁暴時(shí)外輻射帶中高能電子(1.8-3.4 MeV)通量的演化。在L=5的附近,VanAllenProbes同步觀測(cè)到日側(cè)合聲波增強(qiáng),高能電子通量增漲約一個(gè)數(shù)量級(jí)。本文利用基于高斯分布的哨聲波譜密度分布和偶極子背景磁場模型,計(jì)算了彈跳平均電子共振擴(kuò)散系數(shù),通過求解Fokker-Planck擴(kuò)散方程,得到高能電子相空間密度的演化過程。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明觀測(cè)到的合聲波能夠與輻射帶高能電子產(chǎn)生回旋共振作用,有效地加速高能電子。同時(shí),本文根據(jù)Van Allen Probes衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù),研究了 2014年4月11日至13日強(qiáng)磁暴期間外輻射帶高能電子通量的演化。發(fā)現(xiàn)在L = 4.52的附近,相對(duì)論電子通量呈現(xiàn)蝴蝶型分布,同時(shí)伴隨著日側(cè)合聲波強(qiáng)度增大。通過數(shù)值模擬,結(jié)果表明日側(cè)合聲波導(dǎo)致的高能電子通量增加幅度與分布函數(shù)形狀和觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。本文結(jié)果為電磁波驅(qū)動(dòng)的相對(duì)論電子形成蝴蝶型分布機(jī)制提供了進(jìn)一步的證據(jù)。
【學(xué)位單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P353.4
【部分圖文】：

碩士學(xué)位論文??降到兩極，形成了極光現(xiàn)象［３］。磁層頂高緯度處南北半球各有一個(gè)中性點(diǎn)，磁場為零。??如圖１．１所示。??在磁鞘中弓形激波下游的太陽風(fēng)等離子體不易透過進(jìn)入地球磁場，而主要會(huì)繞過??它，這是因?yàn)樾行请H磁場不能穿透進(jìn)入地球磁場，而且因?yàn)樘�陽風(fēng)中的高導(dǎo)電等離子體??具有凍結(jié)特征，從而使得它的粒子也不能離開行星際磁場［５］。大量高能（２００ｋｅＶ￣Ｋ＋??ＭｅＶ）粒子困在地球的內(nèi)磁層區(qū)，由于能量差異較大，根據(jù)從低階能量到高階能量的順??序，將其依次劃分為等離子體層（幾個(gè)ｅＶ）、環(huán)電流（１到ｌＯＯｋｅＶ）和范艾倫輻射帶??（大于１００ｋｅＶ）［６ｌ，如圖１．２所示。??Ｍｒ＾Ｏｒ�。�?＾?ｉｌｌ??圖１．２內(nèi)磁層帶電粒子捕獲區(qū)示意圖［ＥｂｉｈａｒａａｎｄＭｉｙｏｓｈｉ，２０１１］??ｉ．ｌ．ｉ福射帶??福射帶（ＲａｄｉａｔｉｏｎＢｅｌｔ）是在１９５８年被美國物理學(xué)家詹姆斯？范？艾倫（ＪａｍｅｓＶａｎ??Ａｌｌｅｎ）所發(fā)現(xiàn)的

第一章緒論??周期不長，時(shí)間量級(jí)１０－３秒左右。在投擲角不是９０°的情況下，帶電同時(shí)還會(huì)沿著磁場中的磁力線作來回的彈跳運(yùn)動(dòng)。當(dāng)帶電粒子離開赤導(dǎo)致投擲角逐漸變大，直至大于９０°時(shí)，帶電粒子的作用方向與運(yùn)動(dòng)反彈回來，在兩極的強(qiáng)磁場之間做往返的運(yùn)動(dòng)。這種磁場結(jié)構(gòu)稱之為回運(yùn)動(dòng)就是彈跳運(yùn)動(dòng)，周期大約在０．１到１秒之間。反彈點(diǎn)稱之為磁期運(yùn)動(dòng)形成的原因則是粒子受到了不均勻磁場力從而呈現(xiàn)出了橫向漂運(yùn)動(dòng)與回旋運(yùn)動(dòng)會(huì)令磁力線對(duì)帶電粒子產(chǎn)生束縛，該情況發(fā)生在帶電到某一足夠小的數(shù)值的時(shí)候。但是又因?yàn)榕紭O場是非均勻的磁場，會(huì)跳運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)慢慢地從原來的磁力線移到與之相鄰的磁束縛是相對(duì)的，而非絕對(duì)的，這種運(yùn)動(dòng)也被稱之為漂移運(yùn)動(dòng)，周期大個(gè)小時(shí)［８］。如圖１．５所示。??

ｉｎｄｕｃｅｄ?ｗｈｉｓｔｌｅｒ－ｍｏｄｅ?ｗａｖｅｓ和磁聲波（ｍａｇｎｅｔｏｓｏｎｉｃｗａｖｅｓ）都能夠與輻射帶高能粒子發(fā)??生波粒回旋共振作用，有效地加速或者減速高能電子，使較大投擲角的高能電子相空間??密度下降，驅(qū)動(dòng)高能電子進(jìn)入損失錐發(fā)生沉降［１８】。如圖１．６所示是這些等離子體波的空??間位置。等離子體波與高能粒子之間的相互作用能對(duì)福射帶動(dòng)力學(xué)演化具有非常重要的??作用。??７??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李柳元;曹晉濱;周國成;;哨聲模波對(duì)高能電子槽區(qū)和外輻射帶的調(diào)節(jié)作用[J];地球物理學(xué)報(bào);2008年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 朱輝;地球內(nèi)磁層中波粒相互作用的模擬和觀測(cè)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 鄒自明;太陽風(fēng)擾動(dòng)的地磁響應(yīng)與空間環(huán)境應(yīng)用模式集成[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張樂維;合聲波與嘶聲波傳播角對(duì)輻射帶高能電子的動(dòng)力學(xué)演化的影響[D];長沙理工大學(xué);2015年

2 張擇龍;合聲模與嘶聲模對(duì)輻射帶高能電子演化的區(qū)域性作用[D];長沙理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2863806