【摘 要】
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空洞是在尘埃等离子体中尘埃粒子生长早期出现的自发演化的局部无尘区域,与尘埃云间具有清晰的边界。目前对空洞的研究主要集中于圆形空洞,对环形空洞的产生机制还没有详尽的解释。本论文主要通过数值方法对两种空洞的演化机理进行讨论。
过去的实验研究已经表明,空洞中的电子温度低于尘埃云内的电子温度。基于这一点,通过计算柱对称的包含对流项和显式电离的一维非线性模型,研究了电子温度的空间分布对空洞的影响,并通过仿真获得了圆形空洞和环形空洞的图像。结果表明,圆形空洞的产生对电子温度具有阈值要求。当电子温度大于阈值时
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空洞是在尘埃等离子体中尘埃粒子生长早期出现的自发演化的局部无尘区域,与尘埃云间具有清晰的边界。目前对空洞的研究主要集中于圆形空洞,对环形空洞的产生机制还没有详尽的解释。本论文主要通过数值方法对两种空洞的演化机理进行讨论。
过去的实验研究已经表明,空洞中的电子温度低于尘埃云内的电子温度。基于这一点,通过计算柱对称的包含对流项和显式电离的一维非线性模型,研究了电子温度的空间分布对空洞的影响,并通过仿真获得了圆形空洞和环形空洞的图像。结果表明,圆形空洞的产生对电子温度具有阈值要求。当电子温度大于阈值时,能够产生稳定的圆形空洞,并且随着电子温度升高,圆形空洞达到稳态所需的时间减少并且稳态时圆形空洞的尺寸减小。研究电子温度对圆形空洞演化的影响时不受中心区域设置的电子温度空间分布的影响。
结合对圆形空洞的研究,我们推测环形空洞内的电子温度也低于尘埃云中电子温度。通过假设电子温度的空间分布,模拟得到环形空洞并验证了电子温度空间变化强度对环形空洞演化的影响。结果表明,当电子温度在空间变化强烈时,能够产生环形空洞,并且随着强度的增加,环形空洞达到稳态所需的时间减少,并且尺寸略微增加。
通过对电子温度的模拟结果,猜测环形空洞的产生与离子-中性粒子碰撞有关。碰撞导致能量局部耗散,可能导致电子温度的降低。模拟结果也表明,当空间局部发生的碰撞比较微弱时没有环形空洞产生。随着空间某处的碰撞程度加剧,当超过阈值时,能够产生稳定的环形空洞,且碰撞越剧烈,产生环形空洞的时间越短,环形空洞越快达到稳定状态。该演化趋势与电子温度的模拟结果相近,验证了假设的正确性。仿真结果有助于对实验现象的定性解释。
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