含引导场电流片中低杂频段的斜传播电磁漂移不稳定性的研究

An obliquely propagating electromagnetic drift instability in the lower hybrid frequency range has been observed at the center of the current sheet in the magnetic reconnection experiment and in numerical simulations.The instability may play an important role on the magnetic reconnection in collisionless plasmas.The present project plants to study the obliquely propagating electromagnetic drift instability using the fluid theory and kinetic theory. A physical picture of the instability, the unstable region, the effects of the plasma parameters on the real frequency,the growth rate and electromagnetic field, and the effect of the guide field on the unstable mode will be studied. In addition, using quasi-linear theory, we shall estimate the anomalous resistivity produced by the electromagnetic drift instability.The study is useful for understanding the physical picture of the instability and the recent observations in the magnetic reconnection experiment in collisionless plasmas.

最近的磁场重联实验以及模拟研究都表明在电流片中心区会出现低杂频段的斜传播电磁漂移不稳定性，该不稳定性可能对无碰撞等离子体中磁重联的发生起着重要的作用。本申请项目拟采用流体理论和动理学理论，对引导场电流片区低杂频段的斜传播电磁漂移不稳定性进行深入的解析和数值研究。给出该不稳定性的基本特性和发生机制，不稳定区，频率、增长率以及电磁场对各种等离子体参量的依赖关系，并研究引导场对该不稳定性的影响；同时，应用准线性理论估计由该不稳定性对应的反常电阻。开展这一研究，对于深入理解低杂频段斜传播电磁漂移不稳定性的本质以及最近的磁场重联实验结果都具有重要的理论和实际意义。

本项目通过理论分析和数值模拟相结合的方式对含引导场电流片中低杂频段的斜传播电磁漂移不稳定性进行了研究。在非线性低杂漂移波以及非均匀引导场电流片不稳定性等研究中取得了若干进展，主要研究成果简述如下：.1、碰撞等离子体中非线性低杂波的研究。利用双流体理论，获得了描述非线性低杂漂移波的控制方程。数值研究控制方程，发现了电子和中性粒子间碰撞能够激发振荡的激波结构，并且粒子密度非均匀性能抑制振荡激波结构的幅度，而电子和中性粒子间碰撞对振荡激波幅度的影响不大；另外，在冷电子极限下，我们发现振荡激波结构变为普通的激波结构，碰撞对激波幅度的影响仍然很小；在无碰撞极限下，控制方程退化为Kdv方程，并出现非线性低杂孤立波结构。.2、非均匀引导场下的电流片不稳定性的研究。利用动理学理论研究了非均匀引导场电流片中的不稳定性，首先获得了自洽的非均匀引导场电流片位形，基于稳态电流片位形，获得了描述非均匀引导场电流片不稳定性的色散方程。数值求解色散方程，发现了在非均匀引导场下存在两支反相传播的不稳定模。一支不稳定模局域在电流片中心区，性质类似撕裂模，另一支局域在电流片边缘一侧，性质类似低杂漂移模。非均匀引导场的幅度和主分量波矢(z分量)对撕裂模起到致稳作用；非均匀引导场的不均匀性会使得低杂漂移模更加不稳定，而引导场幅度和z分量波矢非单调的影响低杂漂移模，模的增长率会出现多个极大值。.3、Majority-Vote模型的非平衡相变研究。研究了模块网络MV模型的有序-无序相变问题。发现该模型经历两个不同类型的相变： 从平行有序和反平行有序的共存相到平行有序相的一级相变，再到无序相的连续相变。提出了淬火平均场理论，解析得到了相变点与网络拓扑之间的关系。通过蒙特卡洛模拟，我们发现淬火平均场理论优于先前提出的异质平均场方法理论。..我们的结果有助于深入理解空间和实验室等离子体中的低杂漂移波不稳定性, 项目实施以来，在国内外学术期刊上发表SCI标注论文6篇。