偶极等离子体中静电微不稳性的局部回旋动力学研究

我们发展了一种线性回旋动力学粒子网格（particle-in-cell）方案，该方案对任意垂直波长 $k_\perp\rho_i$ 均有效并包含沿场线的平行动力学，用以研究点偶极与环偶极等离子体中的局部静电漂移模。我们发现该系统中最不稳定的模可以是电子模或离子模。作为 $k_\perp\rho_i$、密度梯度 $\kappa_n$、温度梯度 $\kappa_T$、电子与离子温度比 $\tau=T_e/T_i$ 以及质量比 $m_i/m_e$ 的函数，详细研究了这些模的性质与关系。对于常规的弱梯度参数，该模处于基态（本征态数 $l=0$），尤其对于小 $k_\perp\rho_i$ 有 $k_\parallel\sim0$。因此，也推导了弹跳平均色散关系以作比较。对于强梯度与大 $k_\perp\rho_i$，最有趣的是，具有偶（如 $l=2,4$）或奇（如 $l=1$）宇称的高阶本征态模可以最不稳定，这是先前研究未预期的。当 $\tau>10$ 时，高阶本征态在弱梯度下也易成为最不稳定模。该工作对理解实验室与空间磁层中的湍流输运尤为重要。