Исследование магнитного пересоединения в несжимаемой плазме

• Автор: Алексеев, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Магнитное пересоединение

1.1 Введение

1.2 Основные уравнения

1.3 Модель пересоединения Свита-Паркера

1.4 Модель пересоединения Петчека

1.5 Постановка задачи

2 Пересоединение Петчека в первом приближении

2.1 Введение

2.2 Классическая модель Петчека

2.3 Стационарное решение Петчека
2.4 Поправки первого порядка в Р11-области
2.5 Поправки первого и второго порядков к
стационарному решению Петчека
2.6 Анализ результатов

3 Скорость пересоединения
3.1 Введение
3.2 Диффузионная область
3.3 Моделирование диффузионной области
3.4 Скорость пересоединения
3.5 Согласование решений
3.6 Скорость пересоединения в первом
приближении
3.7 Квазистационарный случай
3.8 Анализ результатов
4 Влияние внешних возмущений на процесс пересоединения
4.1 Введение
4.2 Решение в области втекания с учетом
альфвеновских волн
4.3 Модель диффузионной области
4.4 Возмущения в РЯ-области
4.5 Анализ результатов
Заключение
Литература

Введение
Настоящая диссертация посвящена развитию теории пересоединения Пет-чека. В работе получены и проанализированы дополнительные члены асимптотического разложения решения задачи пересоединения. Проведено асимптотическое согласование решений в диффузионной области и в конвективной зоне, как условие этого согласования получено выражение скорости пересоединения, подтверждающее высокую эффективность механизма Петчека как процесса быстрого преобразования магнитной энергии в кинетическую и тепловую энергии плазмы. Исследовано воздействие возмущений в области втекания на скорость пересоединения и на поведение плазмы в ЕБ,-области пересоединения. Показано соответствие полученных результатов и данных численных экспериментов и магнитосферных наблюдений.
Актуальность темы. В современной физике плазмы большое внимание уделяется процессам быстрого преобразования энергии магнитного поля в кинетическую и тепловую энергии плазмы. Для космической физики особенно важно исследование выделения энергии, накопленной в тонких токовых слоях. По современным представлениям, процессы распада токового слоя, сопровождаемые топологической перестройкой магнитного поля, ускорением и нагревом плазмы ответственны за такие явления, как хромосферные вспышки на Солнце [14], [48], РТЕ и сопровождающие их процессы в высокоширотной ионосфере, магнитосферные суббури [16], [37], отрывы кометных хвостов [46], динамические процессы на секторных границах в солнечном ветре [17].
Исследования, посвященные процессам быстрого распада токового

ствование тангенциального разрыва невозможно, то токовый слой будет существовать как комбинация стоячих ударных волн, пересекающихся в диффузионной области.
Ниже приведено решение в первом приближении, описывающее стационарное пересоединение. Здесь в качестве начальных условий используется токовый слой длины L, разделяющий два полупространства с однородными антипараллельными магнитными полями интенсивностью Bq. Область, в которой справедливо это решение, находится вблизи диффузионной области, а состояние токового слоя на его концах влияет слабо на состояние этой области. В связи с этим в решении задачи стационарного пересоединения используются самые общие предположения о состоянии плазмы за границей токового слоя. Также, необходимо a priori задать электрическое поле в области втекания, для чего в начальные условия необходимо включить скорость подтекания плазмы к токовому слою. В данном случае предполагается, что скорость подтекания Vq однородна по всей области втекания и направлена вдоль оси гг. Из приближения о слабом пересоединении следует следующее ограничение для скорости Vq
Малый параметр задачи (1.31) теперь выражается следующим образом:
Решение задачи выражается аналитически как в РИ-области, так и в области втекания. Магнитное поле и скорость плазмы будут однородны в т-области:
Vo « VA-
(1.36)
(1.37)
Vx = ±Va, vz = 0,
Bx = 0,
Bz = ±eB().
(1.38)
(1.39)
(1.40)
(1.41)
Фронты ударных волн будут прямые:
г = ±ех.
(1.42)