横向非均匀等离子体中的无碰撞、相位混合、色散高斯 Alfvén 脉冲

先前的工作已在动理学和磁流体动力学（MHD）范畴内考虑了谐波、相位混合的 Alfvén 波动力学。迄今为止，仅研究了磁流体动力学、相位混合的高斯 Alfvén 脉冲。在本工作中，我们将其扩展到动理学范畴。这里研究了相位混合的高斯 Alfvén 脉冲，它们比谐波更适用于太阳耀斑，因为耀斑本质上是脉冲式的。通过粒子模拟（PIC）和解析模型，研究了横向非均匀等离子体中的无碰撞、相位混合、色散高斯 Alfvén 脉冲。该脉冲处于惯性区，等离子体 beta 值小于电子-离子质量比，空间宽度为 12 个离子惯性长度。线性解析模型预测，脉冲振幅的衰减由线性 Korteweg-de Vries（KdV）方程描述。线性 KdV 方程的数值解和解析解得出脉冲振幅随时间按 $t^{-1}$ 衰减。这一标度律得到了完整 PIC 模拟的证实。研究表明，脉冲振幅衰减源于色散效应，而电子加速则源于相位混合波的朗道阻尼。所确立的振幅随时间按 $t^{-1}$ 衰减的规律不同于 MHD 的 $t^{-3/2}$ 标度。这可归因于色散效应导致了与 MHD 不同的标度，在 MHD 中，电阻效应引起阻尼，而非均匀性又增强了这种阻尼。降低背景等离子体温度并增加离子质量可产生更高效的粒子加速。