低β等离子体中级联湍流对质子与氦的加热

离子如何被激发与加热是磁化等离子体能量耗散研究中的基本问题。特别是重离子（包括${}^{4}\mathrm{He}^{2+}$、${}^{3}\mathrm{He}^{2+}$等）的加热一直是理解脉冲太阳耀斑微观物理的持续关切。本文中，通过二维混合动理学粒子网格（Particle-in-Cell）模拟，我们研究了由电子、质子与氦离子组成的多离子等离子体中，从左手偏振氦离子回旋波分支在大尺度激发、经级联波驱动的湍流对氦离子（${}^{4}\mathrm{He}^{2+}$）的加热。我们发现，由于沿背景磁场的速度分布函数中形成束流与平台，氦离子与质子均出现显著的平行（于背景磁场）加热。氦离子垂直于磁场方向的加热初始速率低于平行方向，但在数百个质子回旋周期后因主要与由大尺度注入氦离子回旋波级联所诱发的斜传播波发生回旋共振，而反超平行加热。然而，由于质子回旋频率附近缺乏左手偏振回旋波，几乎无证据表明质子在垂直方向被加热。我们的结果有助于理解${}^{3}\mathrm{He}$富集太阳高能粒子事件中${}^{3}\mathrm{He}$及其他重离子的优先加热，其中氦离子作为调节动理学等离子体行为的背景离子物种起着关键作用。