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基于PIC方法的离子温度各向异性驱动的离子回旋不稳定性

陈宗华

陈宗华. 基于PIC方法的离子温度各向异性驱动的离子回旋不稳定性[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0168
引用本文: 陈宗华. 基于PIC方法的离子温度各向异性驱动的离子回旋不稳定性[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0168
Ion Cyclotron Instability Driven by Ion Temperature Anisotropy Based on the PIC Method[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0168
Citation: Ion Cyclotron Instability Driven by Ion Temperature Anisotropy Based on the PIC Method[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0168

基于PIC方法的离子温度各向异性驱动的离子回旋不稳定性

doi: 10.11728/cjss2025-0168
基金项目: 国家自然科学基金(11847144)

Ion Cyclotron Instability Driven by Ion Temperature Anisotropy Based on the PIC Method

  • 摘要: 电磁离子回旋不稳定性(EMIC)是由离子温度各向异性驱动的一类重要等离子体不稳定性,广泛存在于地球磁鞘、行星磁层、太阳风以及磁约束聚变装置等多种空间与实验等离子体环境中。作为典型的各向异性驱动型不稳定性,EMIC在磁化等离子体中对能量输运与粒子加热过程具有关键影响。其中,离子回旋共振加热被认为是实现高效等离子体加热的重要机制之一。本研究采用一维三分量粒子模拟(PIC)方法,在周期性边界条件下对EMIC的非线性演化过程进行数值研究。模拟中利用Boris算法对粒子运动进行推进,并结合快速傅里叶变换(FFT)对电磁场波谱进行诊断与分析。数值结果表明,离子温度各向异性的增加显著增强了不稳定性的增长率,改变了波谱结构和色散特性。随着各向异性的增强,离子垂直能量逐步向平行能量转化,揭示了波粒相互作用过程中的能量耦合机制。本研究为深入理解空间与实验室等离子体中的离子加热与加速机理提供了重要见解。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-26
  • 录用日期:  2026-01-19
  • 修回日期:  2025-12-26
  • 网络出版日期:  2026-04-30

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