q-非广延分布等离子体中的离子声孤波.PDFVIP

第卷第期 天 文 学 报 年月 非广延分布等离子体中的离子声孤波∗ 1† 2 1 蔺福军 廖晶晶 朱 云 江西理工大学理学院赣州 江西理工大学应用科学学院赣州 摘要 从三维非广延分布函数及流体动力学方程组出发 研究了非广延分布等离子体中 电子的非广延性对离子声孤波结构和性质的影响 通过理论解析获得赝势方程 从该方程出发研究了不同所对应离子声孤波的振幅、宽度及电子数密度的空间分布 数 值结果表明 离子声孤波存在的可允许范围由参量决定 并且电子的非广延效应对离子 声孤波的空间特性及电子密度分布均有较大影响 关键词 星际介质 运动学与动力学 等离子体 波 中图分类号 文献标识码 引言 离子声孤波是等离子体中重要的非线性结构. 1966年, Sagdeev[1]首次利用非线性 [2] 理论研究了这类波的特性; 随后, Ikezi等 在双等离子体装置中通过观测证实了离子 [3−5] [6−9] [10−13] 声孤波的存在. 自此之后, 人们从理论 、实验 和粒子模拟(PIC) 等多方 面对离子声孤波展开研究. Pakzad[4]通过理论解析研究了包括非热离子、电子、质子 的等离子体中的离子声孤波, 结果表明, 非热电子对离子声孤波存在的参量空间有较 [7] 大修正; Nagasawa等 在双等离子体装置中完成了离子声孤波反射与折射的实验观测; [11] Sheridan等 模拟了大扰动演化为离子声孤波的过程, 研究发现大振幅离声波最终能够 衰减变为一个离子声孤波和一个离声波. 需要说明的是, 早期对非线性离子声孤波的研 究大多是以麦克斯韦分布等离子体为对象. 众所周知, 麦克斯韦分布对处理宏观遍历性 平衡系统是普遍有效的, 但在处理有长程相互作用的等离子体系统及引力系统时失去优 势[14−15] . 为克服以上困难, Tsallis[14]将经典统计热力学中的熵推广至非广延空间并表达 为Sq = kB (1 − ∑pq ) / (q − 1), 其中p 是第i个微观态出现的概率; k 是玻尔兹曼常数; i i B 收到原稿 收到修改稿 国家自然科学基金理论物理专项基金项目、江西省教育厅科学技术基金项 目、江西理工大学科研基金重点项目、江西理工大学博士启动基金 项目、江西理工大学应用科学学院科研基金项目及江西理工大学科研基金 一般项目资助 天 文 学 报 卷 q是描述系统非广延性质的参量. 对于微观态几率分别为A和B 的两个独立非广延系统, 它们的熵具有伪叠加性质, 即Sq (A + B) = Sq (A) + Sq (B) + (1 − q) Sq (A) Sq (B). 基 [16] 于此, Silva等 给出了q-非广延速度分布函数. 人们利用非广延统计理论已成功解释 [17] [18] 了诸多天体现象, 包括太阳中微子 、星系本体速度分布 以及具有长程相互作用和 类不规