地球磁层准线性共振波粒相互作用的热等离子体效应研究

基本信息
批准号:41474141
项目类别:面上项目
资助金额:90.00
负责人:倪彬彬
学科分类:
依托单位:武汉大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:顾旭东,常珊珊,邹正洋,王翔
关键词:
地球辐射带准线性扩散系数共振波粒相互作用热等离子体色散关系粒子加速与损失
结项摘要

As a fundamental physical process of the Earth's magnetospheric particle dynamics, resonant wave-particle interactions can lead to direct, efficient acceleration and loss of magnetospheric particles and also contribute significantly to the generation, amplification, and damping of plasma waves in space. Quasi-linear theory has been long understood as a reasonable and effective methodology to approach the major features and the essential processes of resonant wave-particle interactions. This project proposes to extend originally our current quasi-linear diffusion coefficient model in cold plasmas to the scope of inclusion of hot plasmas, which is more realistic but has not been comprehensively investigated yet. We aim to develop a general quasi-linear diffusion coefficient model applicable to hot plasma environment and to quantify the corresponding scattering effects of various plasma waves on high energy radiation belt electrons, low energy diffuse auroral electrons, and ring current protons. By comparing these brand new results with those obtained with cold plasma assumptions, the effect of inclusion of hot plasmas can be quantitatively evaluated and identified. A more accurate and sophisticated multi-dimensional matrix of quasi-linear diffusion coefficients will become available through this project for improved simulations of three-dimensional Fokker-Planck equation, which will provide more realistic spatio-temporal evolution of the dynamics of magnetospheric particles under different geomagnetic conditions. This study will deepen our current understanding of the near-Earth radiation environment and of how to cope with the extreme radiation belt energization events, which in turn can offer good opportunity of theoretical supports and model arguments for the sake of the safety of our existing and future satellite assets.

共振波粒相互作用是影响地球磁层带电粒子动力学的基本物理过程之一。它不 仅直接导致磁层粒子的加速与损失效应,也显著影响空间等离子体波的激发、增强与衰减过 程。准线性理论已被广泛证明可用来有效描述空间共振波粒相互作用的主要特征及重要过程。本项目将拓展现有的冷等离子体准线性带电粒子散射系数模型,计入更实际的热等离子 体背景,进而建立热等离子体下的准线性粒子散射系数模型,用于更精确量化真实磁层等离子体背景下各种等离子体波对辐射带高能电子、弥散极光沉降电子、环电流质子的散射效应。该模型不仅将与冷等离子体准线性粒子散射系数模型作定量比较,从而量化热等离子体对共振波粒相互作用的影响,也将提供更精确的准线性粒子散射系数矩阵,进而用于逼真模拟地球磁层粒子动力学过程。这将有助于更深入认知近地空间粒子辐射环境并防范极端辐射带高能粒子事件,并为我国地球磁层探测器及有效载荷的开发与防护提供有益的理论基础与模型支持。

项目摘要

共振波粒相互作用是影响地球磁层带电粒子动力学的基本物理过程之一。它不仅直接导致磁层粒子的加速与损失效应,也显著影响空间等离子体波的激发、增强与衰减过程。准线性理论已被广泛证明可用来有效描述空间共振波粒相互作用的主要特征及重要过程。本项目拓展了现有的、国际上常用的冷等离子体准线性粒子扩散系数模型,计入更实际的热等离子体背景,建立了热等离子体下的准线性粒子扩散系数模型,用于更精确地量化在真实磁层等离子体背景下的各种空间等离子体波对磁层能量电子的散射效应。以第一作者、通讯作者或合作者在GRL、JGR、PoPs等国际期刊共发表SCI论文26篇。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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