关键词： ION-CYCLOTRON WAVES   STOCHASTIC ACCELERATION   GEOMAGNETIC STORMS   PRECIPITATION   SCATTERING   GROWTH   CHORUS  

摘要： The diffusion of electrons via a linearly polarized, growing electromagnetic (EM) wave propagating along a uniform magnetic field is investigated. The diffusion of electrons that interact with the growing EM wave is investigated through the autocorrelation function of the parallel electron acceleration in several tens of electron gyration timescales, which is a relatively short time compared with the bounce time of electrons between two mirror points in Earth's radiation belts. Furthermore, the pitch-angle diffusion coefficient is derived for the resonant and non-resonant electrons, and the effect of the wave growth on the electron diffusion is discussed. The results can be applied to other problems related to local acceleration or the heating of electrons in space plasmas, such as in the radiation belts. (C) 2015 AIP Publishing LLC.

关键词： 快速太阳风   阿尔文波   混合模拟   参量不稳定性   重离子加热   辐射带合声波   电磁离子回旋波   电子损失   相对论电子   电子沉降   磁层顶逃逸   太阳风动压   行星际磁场  

摘要： 波和带电粒子相互的作用一直都是空间等离子体中的重要课题。本文主要关注波粒相互作用在太阳风加热和地球辐射带演化过程中的应用。我们利用一维和二维混合模拟方法来研究快速太阳风中的离子/离子不稳定性,以及阿尔文波的参量不稳定性。另外,我们利用大量的卫星数据,包括THEMIS,GOES,POES,和太阳风数据,统计分析合声波的频谱半宽和相干系数,给出合声波的激发机制的观测证据,探究太阳风对辐射带相对论电子通量骤降事件影响。本文的主要结论如下： 1.快速太阳风中的离子/离子不稳定性 利用二维混合模拟方法,我们研究了氦离子/质子不稳定的非线性演化过程。我们进一步发现,不稳定性激发的斜向传播的阿尔文波具有线偏振特性。同时,背景质子和氦离子都能被该斜向传播的阿尔文波共振加热。 利用二维混合模拟方法,我们还研究了质子/质子不稳定性的性质。斜向传播的阿尔文波会在不稳定性演化过程中被激发。不稳定性线性增长阶段,激发的阿尔文波是线偏振的,并且能够共振加热背景质子和重离子06+。加热主要是发生在垂直于背景磁场方向上。然而,随着不稳定性的演化,阿尔文波逐渐转变成左旋偏振,而且不能够再继续共振加热背景质子和重离子。此外,我们还考虑了等离子体β和背景质子的温度各向异性对不稳定性演化的影响。 2.快速太阳风中的阿尔文波的参量不稳定性 利用二维混合模拟方法来研究冷等离子中单色阿尔文波的参量衰变不稳定性。我们同时考虑了线偏振和左旋偏振两种阿尔文波。对于线偏振阿尔文波,平行传播和斜向传播的泵波都能发生垂直背景磁场方向的衰变。初始阶段,参量衰变主要在沿着泵波的传播方向上激发,随后会逐渐发展到垂直方向上。随着泵波振幅和传播角的增加,垂直方向激发的波谱将会越发展宽。等离子体β对垂直方向的衰变几乎没有影响。对于左旋偏振的阿尔文波,当泵波沿着背景磁场方向传播时,参量衰变只是限制在背景磁场方向上,没有明显的垂直衰变;只有当泵波是斜向传播的时候垂直衰变才能发生。 我们利用一维混合模拟方法来研究质子-电子-氦离子等离子体体系中的阿尔文波的参量不稳定性。当不存在氦离子时,随着泵波波数的增加,衰变不稳定性的增长率将会增加,而密度扰动的饱和振幅略有下降。但是,当存在氦离子,并且与质子存在较大的相对速度时,在一定波数范围内,不稳定性的增长率和扰动密度的饱和振幅会变得很低,参量衰变被显著抑制。在这些波数范围内,氦离子和激发的反向传播的阿尔文波满足共振关系。因此,氦离子和阿尔文波的共振相互作用对参量不稳定性具有抑制作用。 采用同样方法,我们对质子-电子-氦离子等离子体体系中的单色阿尔文波的参量不稳定进行了更进一步的分析。当质子和氦离子的相对速度足够大时,参量衰变激发的后向传播的阿尔文波在不稳定性的非线性演化阶段会通过调制不稳定性向大波数串级。与此同时,氦离子会被这些波动共振加热。另一方面,如果两者相对速度比较小,氦离子只会在参量衰变的线性增长阶段被明显加热,这里主要是与激发的密度模发生了朗道共振。因此,加热主要是在平行方向上,而在垂直方向上没有明显加热。 3.地球磁层中的电子哨声波的统计 利用THMIS的高频电磁场数据,我们对磁层中的升调,降调,和类嘶声合声波的频谱半宽和相干系数进行了统计和分析。同时,我们还讨论了它们与空间位置,电子密度,等离子体频率和局地的电子回旋频率的比值（fep/fce）,以及波的振幅的关系。观测结果表明,升调和降调合声波的频谱半宽很窄(（～0.01fce）,要小于类嘶声合声波（～0.025fce）。同时,间断合声波的频谱半宽会随着波的振幅增加而减小,而类嘶声合声波的频谱半宽却随着波的振幅增加而变大。升调和降调合声波的相干系数极大（～1）,而类嘶声合声波的相干系数要小一些,但仍然大于0.5。对于所有类型的合声波,频谱半宽与局地的fpe/fce是是正相关的,而与电子密度是反相关的。准线性理论被广泛用于描述辐射带电子和哨声波的相互作用。我们的结果表示,由于升调和降调合声波的频谱半宽很窄,相干系数极大,准线性理论并不完全适用,但是对于振幅不是极大的类嘶声合声波依然是适用的。 线性理论指出哨声波的增长率正比于热电子（-1to30keV）的数密度和所有电子的数密度比值（Nh/Nt）,并且非线性波理论指出升调合声波的激发需要一个最优的线性增长率。利用THEMIS近五年的突发波形的数据,我们分别研究升调合声波,降调合声波,和类嘶声合声波的Nh/Nt与波的振幅／发生率之间的关系。统计结果表明,升调和降调合声波发生的主要区域具有很窄的Nh/Nt范围,而类嘶声合声波的发生率和振幅都随着Nh/Nt的增加而增加。我们的观测结果不仅为类嘶声合声波的激发机制提供了线索,而且为升调合声波的非线性激发理论提供了观测的证据。 4.太阳风参数

关键词： 导航系统   辐射带   空间环境  

摘要： 目前国际上不同国家已经进行了多个导航系统的开发,而构成这些系统的关键空间段实体导航卫星通常分布在中高轨道上,通过地球辐射带对该空间区域内卫星的辐射影响进行仿真分析,对于中轨道空间辐射,当卫星屏蔽厚度大于9mm,再增加屏蔽厚度的方法对辐射隔离不再敏感;对于高轨道空间辐射,当卫星屏蔽厚度大于7mm,再增加屏蔽厚度方法对隔离辐射已经不再敏感。可见,仅从辐射加固角度来说,在卫星设计时,以10年寿命为例,对于中轨道卫星屏蔽厚度区间取[8,9]mm为宜,对于高轨道卫星屏蔽厚度区间取[6,7]mm为宜。

关键词： 空间辐射环境   结构参数优化   能量沉积   输出性能   光伏电池   太阳质子事件   Geant4   地球辐射带  

摘要： A concept of space radiation-voltaic batteries (SRVBs) based on various space radiation environments, including the earth radiation belt (ERB), solar proton event (SPE), and galactic cosmic rays (GCRs) is presented in this paper. The energy deposition, structural parameter optimization, and output performance of SRVBs are studied through the Monte Carlo toolkit Geant4 and theoretical formulas. Energy deposition in the three radiation environments monotonically decreases as the depth in both silicon film models and energy conversion units of the SRVBs increase. The recommended junction depths of SRVBs based on ERB, SPE, and GCR are 0.5, 3.0, and 0.5 μm, respectively. In the proposed design scheme, the maximum output power density of SRVBs in ERB, SPE, and GCR are 2.022×10-7, 1.113×10-3, and 3.844×10-17 W ·cm-2, respectively. Calculation results suggest that SRVBs based on ERB and SPE are high-potential candidates for space power sources. The results could help raise awareness on the use of space radiation particle energy and facilitate research on SRVBs. © 2014, Science Press. All rights reserved.

关键词： 地球辐射带   高能带电粒子   粒子加速   物理学家   直接探测   地磁场   太阳风   计数器  

摘要： 地球辐射带是由地磁场捕获的大量带电粒子组成的区域，电子来源主要为太阳风粒子通过扩散进入磁层以及由磁层内的低能粒子加速而成，也称为范艾伦辐射带。20世纪初，挪威空间物理学家F．C．M．斯托默从理论上证明，在地球周围存在一个带电粒子捕获区。1958年，美国的范爱伦利用美国“探险者1号”卫星上的盖革计数器，第一次直接探测到地球周围存在通量很强的高能带电粒子，从而证实辐射带的存在。

关键词： 地球辐射   宇航局   辐射带  

摘要： 据国外媒体报道,美国宇航局的科学家在地球周围发现一个神秘结构,好似一个巨型斑马纹夹克。在此之前,科学家从未发现这个奇异结构。它的发现让科学家陷入迷惑之中。据悉,这件'巨型夹克'是宇航局的范-艾伦双子探测器在地球周围的其中一个辐射带内发现的。地

关键词： 质子通量   地球辐射带   空间环境模型   低地球轨道   捕获粒子  

摘要： 辐射带粒子环境是导致航天器故障和异常的重要因素。为此,需要对辐射带粒子环境及其通量分布进行研究。文章主要研究低地球轨道(LEO)环境辐射带质子分布情况。分析了目前用来计算质子通量的几种常用模型的优缺点;利用各模型计算了不同轨道的质子通量,对计算结果进行了比较;总结了进行不同高度、不同能量范围的质子通量计算时,选择不同模型的依据原则。

关键词： 辐射   地球   电子   卫星通讯   美国宇航局   媒体报道   探测器   科学家  

摘要： 据国外媒体报道，美国宇航局的太空探测器在地球周围发现第三个此前未知的范艾伦辐射带。这一发现有助于科学家了解太阳如何以及何时对地球带来危害。范艾伦辐射带是一个甜甜圈形区域。含有“致命电子”，环绕我们的星球。这一辐射带经常因为太阳风暴和其他空间天气事件膨胀，对卫星通讯、GPS卫星以及宇航员构成严重威胁。

关键词： 范艾伦辐射带   探测器  

摘要： 据国外媒体报道,美国宇航局的太空探测器在地球周围发现第三个此前未知的范艾伦辐射带,这一发现有助于科学家了解太阳如何以及何时对地球带来危害。范艾伦辐射带是一个甜甜圈形区域,含有"致命电子",环绕我们的星球。这一辐射带经常因为太阳风暴和其他空间天气事件膨胀,对卫星通讯、GPS卫星以及宇航员构成严重威胁。发现第三辐射带科学家一直认为地球周围只有两个范艾伦辐射带,但两个探测器(2012年夏季发射的范艾伦探测