基于测试粒子模拟的垂直无碰撞激波对离子的加速研究

本文利用测试粒子模拟的方法研究离子在通过垂直无碰撞激波结构时的加速.我们首先探究了在理想激波条件下,离子通过激波结构后的能量增益与其初始参数(包括回旋相位角、初始位置和上游平均能量)的关系; 然后进一步探索了离子通过由自洽的一维混合模拟给出的更接近真实的激波结构时获得的加速,研究了激波内部的电场和磁场结构对离子能量增益的影响.结果显示,当离子能量较低(离子回旋半径小于激波面厚度或相当)时,激波横越电势和磁过冲对离子的能量增益起到促进作用; 而当能量较高时,激波内部结构对于离子能量增益的影响逐渐可以忽略. 此外,与激波横越电势相比,激波磁过冲的强度对离子能量增益的影响占主导,离子的能量增益随着磁过冲的增强而增强.最后,我们发现激波的磁场过冲和横越电势对于离子能量增益的影响之间的关系比较复杂,不能简单叠加,甚至有互相抵消的效应.作为示例,我们给出了一个激波法向电场的双极结构使得离子加速变弱的例证.