磁重联电流片中的粒子加速

论文摘要

太阳是巨大的高能粒子加速器,能产生高达数十GeV的离子和数十MeV的电子。耀斑是太阳大气中剧烈的能量释放过程,高达1032-1033erg的能量在102-103s时间内释放,10-100keV的电子和大于1MeV的离子包含了其中10%-50%的能量,这意味着加速和能量释放过程密切相关的。加速的电子、质子通过和周围大气的碰撞产生硬x射线和γ射线。硬X射线给我们提供了耀斑能量释放过程和粒子加速的机制最重要的信息。所以,粒子加速就成为太阳耀斑最有吸引力的方面之一。本文分为以下几部分:第一章,介绍耀斑观测及其能量释放过程。第二章,分析了几种不同的加速机制。第三章,采用试验粒子的方法,研究了在有引导磁场Bz存在的磁重联电流片中,电子被super-Dreicer电场Ez加速后的运动特征。引导磁场在电流片中被认为是恒定不变的,但其具有不同的取向,这种情况直接改变了电子运动轨迹,使得其沿着不同的路径离开电流片。在Bz和Ez同向时,能量较高电子的pitch-angle接近于180°。相反,当Bz和Ez反向时,高能电子pitch-angle接近0°。引导磁场的取向只是使电场有选择地对不同区域的电子进行加速,但不会影响电子最终的能量分布。粒子能谱是普遍的幂率谱E-γ,而γ的大小依赖于引导磁场的大小、电流片的尺度及磁重联电场的强弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 序言
• 第一章 耀斑概述
• 1.1 耀斑观测
• 1.1.1 耀斑的一般特性
• 1.1.2 射电观测
• 1.1.3 硬X射线观测
• 1.2 耀斑能量释放理论模型
• 1.2.1 耀斑能量来源
• 1.2.2 磁能释放机制
• 1.2.3 耀斑理论模型
• 1.2.4 耀斑高能非热粒子
• 第二章 粒子加速机制
• 2.1 太阳爆发的灾变模型
• 2.2 电场加速机制
• 2.2.1 粒子运动轨迹
• 2.2.2 引导磁场的作用
• 2.2.3 复杂磁场的粒子加速
• 2.3 随机加速机制
• 2.4 激波加速
• 2.4.1 激波漂移加速
• 2.4.2 扩散激波加速
• 2.4.3 快激波的一阶费米加速
• 第三章 引导磁场对重联电流片中电子加速影响
• 3.1 引言
• 3.2 模型描述
• 3.3 模拟结果
• 3.3.1 电子轨迹
• 3.3.2 能量与初始位置
• 3.3.3 能量与pitch-angle关系
• 3.3.4 电子能谱
• 3.3.5 参数变化对幂指数的影响
• 3.4 讨论与结论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢