分类： 天文学 提交时间： 2023-08-02 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 当史瓦西黑洞周围存在渐近均匀的外部磁场时, 描述带电粒子在史瓦西黑洞附近运动的哈密顿系统会变为不可积系统. 类似于这样的相对论哈密顿系统不存在有显式分析解的2部分分离形式, 给显式辛算法的构建和应用带来困难. 近一年以来的系列工作提出将相对论哈密顿系统分解为具有显式分析解的2个以上分离部分形式, 成功解决了许多相对论时空构建显式辛算法的难题. 最近的工作回答了哈密顿系统显式可积分离数目对长期数值积分精度有何影响、哪种显式辛算法有最佳长期数值性能这两个问题, 指出哈密顿有最小可积分离数目即3部分分裂解形式并且应用于优化的4阶分段龙格库塔显式辛算法可取得最好精度. 由此选择上述数值积分方法并利用庞加莱截面、最大李雅普诺夫指数和快速李雅普诺夫指标研究在磁化史瓦西黑洞附近运动的带电粒子轨道动力学. 结果显示: 针对某特定的粒子能量和角动量, 较小的外部磁场很难形成混沌轨道; 较大的正磁场参数容易使轨道产生混沌, 并且随着磁场的增大, 轨道的混沌程度也随之加强; 粒子能量适当变大也可以加剧混沌程度, 但负磁场参数和粒子角动量变大都会减弱混沌.
分类： 天文学 提交时间： 2023-12-15 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 阿尔文波在太阳风中普遍存在, 对其中等离子体的加热与加速有重要意义. 从太阳风中的结构、太阳风湍流、太阳风全球模型、等离子体不稳定性(参量衰变不稳定性和火蛇管不稳定性)、太阳风的加热与加速等方面, 总结了近年来太阳风中阿尔文波相关的研究进展. 结合目前的研究趋势, 从亚阿尔文速太阳风、太阳风全球模型和太阳源区3个方向展望了未来阿尔文波的相关研究.
分类： 天文学 提交时间： 2023-07-14 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 电子是太阳风粒子中最为重要的组分之一, 它可以通过多种机制对太阳风产生影响. 太阳风中的电子通常具有温度各向异性和束流两种非热平衡分布特征, 这些偏离热平衡分布的特征可以通过波粒相互作用激发电子不稳定性和等离子体波动, 激发的等离子体波动又可以通过波粒相互作用调制太阳风粒子的分布, 从而加热太阳风中的背景粒子. 因此电子动力学不稳定性在太阳风的演化过程中扮演了极为重要的角色. 详细介绍了太阳风中常见的电子动力学不稳定性, 并基于等离子体动力论, 详细介绍太阳风传播过程中所出现的各种不稳定性, 尤其是在近日球层和太阳大气区域所出现的电子声热流不稳定性以及低混杂热流不稳定性, 并分析其波粒相互作用机制, 以便更加深入地研究太阳风传播过程中的电子分布函数演化.
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-11-12 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 本文利用SDO(Solar Dynamic Observatory)/HMI(Helioseismic and Magnetic Imager)观测到的矢量磁图，运用Ampere定律的积分形式计算出了2014年11月7日活动区AR12205上发生X1.6级耀斑期间的垂直电流密度，通过分析光球层上垂直电流密度的时间演化，发现它会在耀斑爆发期间表现出突然的增加，增加的区域对应于耀斑双带的辐射增强位置，然后将强电流密度轮廓叠加在SDO/AIA1600 Å波段的观测图像上，发现电流密度的形态与分布和耀斑带有强相互关系。这些观测结果与三维标准耀斑模型的理论预测一致，我们的研究为三维磁准分界面（Quasi-Separatrix Layer，QSL）重联模型提供了有力的观测证据。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2021-01-15 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 磁场是太阳爆发活动的根本驱动力，高精度实时偏振测量是实现磁场测量的常用方法。然而常用的波片式测量方法需要进行多次测量，且存在机械旋转结构，易导致仪器抖动，降低测量精度；波片旋转或切入切出也会导致测量时间较长。目前，基于DKDP晶体和波片的太阳大气偏振测量周期较长，实时性不高，无法应用于快速变化的太阳活动磁场探测。基于以上背景，本论文提出了一种基于双DKDP晶体原理的太阳大气实时偏振探测技术，采用两片快轴方向不同的DKDP晶体，通过外加不同电压进行快速相位延迟变化，实现对入射太阳光的偏振调制，获取太阳大气偏振斯托克斯矢量。相较于传统旋转波片与DKDP晶体相结合的方法，本论文提出方法可将单次偏振调制速率从数秒提升到毫秒级，极大地提升了太阳磁场测量实时性。仿真分析结果表明：本文提出方法测量精度达到2×〖10〗^(-3)，单波长点测量时间分辨率提升了20倍以上，可以实现对太阳磁场偏振信息的实时精确测量。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2017-01-22
摘要： 相比传统的单点磁场探测，多点磁场协同探测可以同时获得各测点磁场，消除了探测磁场随时间的变化，更好的计算空间电流密度。本文根据由多点磁场反演计算空间电流密度的计算方法，开展了数值仿真分析，分析了卫星编队数量、卫星编队构型、卫星定位偏差、卫星姿态测量误差、磁场测量误差、外部磁场强度、外部电流密度等对电流反演误差的影响。仿真结果表明，5星编队优于4星编队，在5星编队条件下，卫星姿态测量误差和外部磁场强度是反演误差的主要来源，卫星编队构型也是反演误差的重要来源。根据仿真结果，当卫星姿态误差0.001°、编队尺度约100km时，赤道区域电流密度反演相对误差约24%。
分类： 天文学 提交时间： 2023-07-14 合作期刊: 《天文学报》
摘要： 磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源. 近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展. 在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构. 在磁云传播过程中, 这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉, 进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称. 在磁云内部, 经常会观测到多个子通量绳结构. 这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并, 进而引起磁云磁结构的改变. 关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制, 除了较早提出的交换重联外, 目前的研究表明在行星际空间中, 磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开. 尽管在相关研究中已经取得了较大进展, 但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚. 在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构, 那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳? 磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃? 这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2020-11-19 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 太阳高能活动爆发与活动区内的电流结构有着密切的联系，安培（Ampere）定律j_z=〖1/μ_0 (∇×B)〗_z是测量活动区内视向电流密度的理论基础。由于实测的矢量磁场中不可避免地存在随机噪声，因此，应用安培定律的不同形式计算的电流密度存在显著的差异。为了比较不同形式计算结果的差异并从中探索一种实用的电流计算方法，基于太阳动力学天文台(Solar Dynamic Observatory,SDO)/HMI(Helioseismic and Magnetic Imager)在2011年2月15日测量的活动区AR11158的矢量磁图，运用安培定律的微分算法和积分算法分别计算了活动区内视向电流密度的分布图。结果显示，微分算法获得的视向电流密度j_z分布图受随机噪声的影响要远比积分算法获得的结果大，电流分布图中的电流结构没有积分算法获得的结果清晰。另外，在扩大积分环路半径的情况下，所计算的电流分布图里的噪声信号快速降低，从而使计算的视向电流分布图中的电流结构更清晰。但是当继续扩大积分环路半径时，在获得清晰电流分布图的同时，电流分布图的部分精细结构也随之失真。该研究结果论证了适当扩大积分环路计算视向电流分布图可以降低计算结果受随机噪声的影响，从而获得清晰真实的视向电流分布图，但是积分路径的半径过大在消除噪声影响的同时会丢失电流分布中的一些精细结构。因此在实际计算电流的过程中，应该利用高分辨率的矢量磁图，选定合适的积分路径运用安培定律的积分算法来计算活动区的视向电流，从而帮助我们探索耀斑爆发与活动区内电流结构的关系。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2016-05-13
摘要： 针对磁通门传感器的特点,研究了反馈线圈对磁通门传感器探测数据的影响,并对比了几种典型结构的传感器.磁通门传感器要求激励线圈工作在均匀磁场环境下,非均匀场会引入误差信号.根据磁通门原理进行了理论推导.非均匀性会导致反馈原理工作的磁通门传感器线性系数发生变化.针对应用于空间磁场探测的几种磁通门传感器常见结构,即分立结构型、亥姆霍兹型和紧凑球面型等,分析了传感器内部磁场的均匀性及对磁场探测的影响.经仿真计算分析发现,紧凑球型传感器的内部均匀性和稳定性优于分立结构传感器,更有利于空间磁场探测.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 研究了脉冲磁场作用下K4169 高温合金矩形截面试件的凝固组织以及具有不同宽厚比矩形截面试件的晶粒细化效果, 计算模拟了脉冲磁场作用下试件熔体中电磁场和流场的分布情况, 并对细化机理进行了分析. 实验结果表明, 施加脉冲磁场后, K4169 高温合金矩形试件的凝固组织得到了不同程度的细化, 当试件宽厚比为1 时, 施加脉冲磁场可以使凝固组织晶粒显著细化; 随着试件宽厚比增大, 脉冲磁场的晶粒细化效果减弱. 计算模拟结果表明, 脉冲磁场在熔体中产生周期性的压-拉电磁力, 导致熔体产生周期性振荡和呈环流形式的对流. 在相同磁感应强度的脉冲磁场作用下, 试件宽厚比越接近1, 试件内的电磁力和流速越大, 有利于模壁晶核游离及枝晶臂破碎, 从而使晶粒得到细化.
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2016-05-13
摘要： 根据亚磁场生物学实验要求,利用Silicon Labs的C8051F005微处理器设计了一种轴向亚磁场产生和测量系统。基于亥姆霍兹线圈产生磁场的基本原理设计了一种新的磁场产生结构,采用MAX038产生交变磁场的硬件电路,使用磁阻磁强计对磁场进行精确测量,用VC6.0设计了上位机软件,图形化显示从磁阻磁强计传输过来的数据。实测表明,新结构产生磁场的均匀性要比亥姆霍兹线圈产生的磁场均匀性好,磁场均匀范围宽。亚磁场随电流的变化呈线性变化,具有很好的可控性,可通过简单设置控制交流磁场的频率。
分类： 地球科学 >> 空间物理学 提交时间： 2016-04-22
摘要： 太阳高能粒子(SEP)事件是一类重要的空间天气灾害性事件,如能准确预报SEP事件,人们便可以采取必要的防护措施,保障卫星、星载设备以及航天员的安全,尽可能地降低经济损失.因此,其数值预报研究在空间天气预报研究中占有很重要的地位.SEP事件中的高能粒子在不同的时间尺度内被耀斑过程或者CME驱动的激波加速,并且在被扰动后的行星际太阳风中传输,这些过程都紧紧依赖于太阳风背景场.因此获取更加接近物理真实的太阳风背景场是模拟SEP事件的重要部分,也是提高SEP物理模式的关键因素之一.我们目前的工作基于张明等发展的SEP在行星际空间传播的模型,尝试将Parker太阳风速度解及WIND飞船观测的磁场实时数据融入模型中,研究不同的太阳风速度以及真实磁场分布对SEP在行星际空间中传播的影响.通过求解聚焦传输方程,我们的模拟结果表明:(1)快太阳风条件下,绝热冷却效应项发挥了更大的作用,使粒子能量衰减的更快,而慢太阳风对粒子的通量变化没有显著影响;(2)加入观测的磁场数据时,粒子的全向通量剖面发生了比较明显的变化,具体表现在:通量峰值推迟到达、出现多峰结构、各向异性也发生一些改变.分析表明真实磁场的极性对粒子在行星际空间中传播有着重要的影响.
分类： 天文学 提交时间： 2023-12-13 合作期刊: 《天文学进展》
摘要： S4 0954+65 是一个典型的 BL Lac 天体，观测表明，其射电、光学和 γ 射线波段的辐射具 有准同步耀变现象。利用美国甚长基线干涉阵列 VLBA 对该源分别在 2018 年 6 月和 2019 年 11 月进行多波段观测，发现其射电核的流量密度谱有明显变化。通过同步自吸收机制，得到射电 核心磁场强度为 (3.3±0.9) ×10−4 T。通过分析 2017 年 5 月―2021 年 5 月期间 VLBA 43 GHz 观 测的归档数据，发现 2 个明显的喷流运动成分和靠近核心的一个静止成分。对两个运动成分分 析得到喷流的视向夹角分别为 5.5◦和 6.9◦，张角为 1.8◦和 2.4◦。利用 VLBA 43 GHz 归档数据以 及 Fermi 卫星 4 期源表 (4FGL) 中该源的 γ 射线流量，发现射电核心和 γ 射线在 2018 年 10 月― 2021 年 5 月间变得更加活跃，且射电核心流量变化更强。
分类： 物理学 >> 普通物理:统计和量子力学,量子信息等 提交时间： 2023-04-18
摘要： 光速不变原理是狭义相对论的最重要假设。根据爱因斯坦的科学法则，一切理论必须符合经验事实，因此，寻找一种可以准确测量电磁场或电磁波速度的实验方法，是物理学界的重大课题。本文提出一种用不同能量的电子束和沿不同方位设置的磁力仪测量磁场速度的实验方法，核心思想是设法找出激发磁场的电子与被激发磁场的对应时间。如果测得的传播速度差别都极小，就证明了电磁场的传播速度与源电荷及源电流的运动速度确实无关，光速不变原理成立，否则证明光速不变原理不能成立。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用强磁场下物理气相沉积的方法, 通过提高蒸发源温度获得晶粒尺寸逐渐降低的纳米晶Fe 薄膜, 研究了强磁场对不同晶粒尺寸Fe 薄膜生长和磁性能的影响. 结果表明, 当蒸发源温度为1440 ℃时, Fe 薄膜的晶粒细小, 强磁场使薄膜从层状生长变成了柱状生长, 有效降低了薄膜缺陷. 当蒸发源温度为1400 和1350 ℃时, Fe 薄膜的晶粒较粗大, 强磁场不能改变其柱状生长方式, 但是却提高了柱的宽度. 强磁场提高了Fe 薄膜的平均晶粒尺寸以及颗粒(由晶粒构成)尺寸、降低了薄膜表面粗糙度. 随着晶粒尺寸的降低, 强磁场提高Fe 薄膜矫顽力、饱和磁化强度和剩磁比的能力增强.
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2023-12-18 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 提出了一种基于退磁场理论的磁芯探头涡流检测信号简化数值模拟方法,基于已有FEM-BEM涡流检测数值方法开发了计算程序,通过与商用软件比较验证了其有效性。首先,分析了磁芯磁化过程中内部退磁场的特点,提出了磁芯退磁场和磁化场的计算方法; 其次,提出了磁芯线圈激励磁场计算方法,考虑了激励线圈传导电流和磁芯等效磁流,利用磁流环电流模型和毕奥萨法尔定律进行激励磁场计算; 最后,采用和激励磁场计算类似的思路进行了检测信号分析,即用感生涡流二次磁场替代激励线圈磁场来计算检测线圈磁芯的退磁场和磁化场,并基于磁芯内部磁通变化计算检测电压信号。基于所提理论,本研究在已有FEM-BEM混合法涡流检测数值模拟软件的基础上,开发了可考虑磁芯影响的涡流检测数值计算程序。对于不同参数条件下的磁芯探头涡流检测问题,本研究方法与全域有限元商用软件计算结果一致,但本研究方法原理更为直观,验证了方法和程序的有效性。
分类： 物理学 >> 核物理学 提交时间： 2023-09-25
摘要： 重离子辐照在半导体、医疗、材料和生物等多个领域有着广泛应用，而辐照的均匀性则是相关应用的关键指标，例如重离子微孔膜，其微孔分布的均匀性直接由离子辐照决定。重离子微孔膜具备孔径、孔密度可控和孔道笔直等优良特性，具有良好的应用前景。目前，可以快速辐照大面积重离子微孔膜的兰州重离子加速器 TR-3 终端已在建设，其通过连续传动宽幅薄膜的同时进行辐照以实现高效率的连续生产。而对于宽幅、连续运动的薄膜，如何保障离子辐照的均匀性成为了亟需研究的问题。本文开发了基于路径积分的模拟程序以计算重离子微孔膜的辐照注量分布。结果表明，二维扫描匀速传动辐照存在一系列离散的耦合速度使辐照结果达到均匀，偏离耦合速度将导致注量分布周期性起伏；一维扫描对非理想束斑形状的适应性更高，而二维扫描对束流强度跳变的适应性更高。当注量误差上限和提供的束流强度确定时，可通过本文提供的公式计算传动辐照所需的耦合传动速度并给出使用一维扫描或二维扫描的建议。本研究模拟重离子辐照均匀性的结果可为相关研究和生产提供参考。
分类： 物理学 >> 核物理学 提交时间： 2023-06-12 合作期刊: 《核技术》
摘要： 本文综述了近期利用格点量子色动力学对强磁场下量子色动力学（Quantum Chromodynamics，QCD）性质的研究进展。首先介绍了在格点上如何引入磁场，重点阐述零温下QCD的手征性质、QCD相转变温度及反磁催化，以及强磁场下QCD相结构，最后给出总结。
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2022-10-17 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 为降低氢脉泽由C场不均匀导致的跃迁频率相对变化率，提出了三段螺线管和四组线圈两种C场组件设计。利用轴线上磁场的高阶展式计算了L=0.05-0.5的三段螺线管构造匀强磁场时的安匝比以及螺线管间距，并选择L=0.2-0.45的三段螺线管进行了磁场的有限元分析，给出了不同宽度的三段螺线管磁场非均匀度分布。其中L=0.45的三段螺线管在储存泡区域的最大非均匀度为0.105%，相应的跃迁频率相对变化率为1.0210-13 。采用相同的方法计算了四组线圈以及五组线圈构造匀强磁场时线圈间的安匝比和间距，并对线圈内的磁场进行了有限元仿真，给出了非均匀度分布，四组线圈式C场筒内磁场在储存泡区域的非均匀度最大值为0.066%，相应的跃迁频率相对变化率为6.4210-14
分类： 天文学 >> 天文学 提交时间： 2017-10-20 合作期刊: 《天文研究与技术》
摘要： 日冕物质抛射(CME)是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体，在几个小时中被从太阳抛射出来的过程。日冕物质抛射伴随着大量带电粒子和辐射的释放，这些物质进入日地空间，对日地空间的磁场造成很大扰动;当它们传播到地球附近时，则严重影响地球的磁场，产生磁暴，也对空间和地面的电子设备造成干扰。日冕物质抛射在传播过程中如果发生偏转，将影响它对地有效性。因此研究日冕物质抛射的偏转特性，对预报日冕物质抛射对日地空间的影响具有重要意义。主要利用2007年10月8日STEREO卫星的日冕物质抛射观测资料，结合全日面线性无力场模型(Global Linear Force-Free Field , GLFFF)进行磁场外推，分析日冕物质抛射偏转与背景磁场能量密度分布之间的关系，并计算日冕物质抛射的运动轨迹。通过改变无力因子a，发现当a=0. 15时，计算得到的日冕物质抛射运动轨迹与实际观测的日冕物质抛射运动轨迹拟合得最好。
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