双流体模型中的磁旋转不稳定性

磁旋转不稳定性是等离子体，尤其是天体等离子体中一种基础现象，是驱动吸积盘大规模角动量输运和等离子体湍流的关键因素，在诸多天体物理环境中有重要应用。本项目从等离子体双流体模型出发，研究磁化等离子体中离子与电子回旋效应对磁旋转不稳定性色散关系、临界条件以及增长率的影响；探索等离子体中离子成分和电子成分具有不同旋转角速度情况下磁旋转不稳定性的新属性；考察运动尘埃颗粒以及尘埃充放电效应、中性粒子与等离子体的碰撞效应对磁旋转不稳定性的影响，以期获得双流体模型中磁旋转不稳定性色散关系与增长率的解析表达式，分析不稳定性判据，深入探讨这种磁流体不稳定性的增长机制和演化原理。

从多流体模型出发研究弱电离等离子体中，大量存在的中性粒子与等离子体之间的碰撞行为对磁旋转不稳定性的影响。忽略平衡电流及磁场的空间非均匀性，并忽略未扰动状态下的碰撞效应，考虑中性粒子与电子、离子之间的相互碰撞，推导出了局域磁旋转不稳定性（MRI）色散关系的解析表达式。研究发现：碰撞对不稳定性判据有重要影响；低频情况下，多流体模型下得到的结果与经典磁流体力学模型下的结果相吻合；高频模式下，研究发现角速度径向增大或者减小都可以激发不稳定性。.. 依然利用多流体模型，假定尘埃颗粒具有与电子、离子同样的旋转角频率，避免零阶电流的出现，推导了尘埃等离子体中MRI的色散关系，分析表明：当旋转角频率远小于尘埃回旋频率时，色散关系退化成二阶方程，可以解析推导出不稳定性判据和增长率的表达式，从中能够清晰直观地观察出尘埃颗粒、阿尔分频率对MRI的作用。尘埃颗粒显示出了退稳作用：当阿尔分频率足够大时，扰动是稳定的，然而随着尘埃颗粒成分的增大，不稳定性会被激发出来。而当角频率远大于尘埃回旋频率但远小于离子回旋频率的区域属于经典的MHD模范围，在此范围内，我们得到了简化的色散关系，并详细比较了它与直接从MHD模型出发得到的结果，二者之间存在显著差异。. . 我们还研究了热压/磁压比对环向转动托卡马克等离子体中测地声模的影响，发现热压/磁压比会降低测地声模的频率；考察了测地声模的磁场扰动，理论预算与实验观测结果吻合得很好；利用双绝热模型分析了各向异性对测地声模的影响，理论结果与实验观测一致；利用导心近似下的自洽分布，考察了回旋动理学框架下各向异性对测地声模的影响，发现低频带状流在垂直压强/平行压强比较大的情况下不能被激发；探索了高能通行粒子抛射角与初始能量对测地声模的共振激发以及不稳定性的影响。. . 总的来说，按时按质完成了本项目的大部分研究内容，总共在国际期刊上发表论文 8 篇。