Magnetic mirroring effect on the motion of energetic particles in plasma compressions

Abstract

เป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าอนุภาครังสีคอสมิกถูกเร่งให้มีพลังงานสูงขึ้นได้ที่คลื่นกระแทกในอวกาศ ในการศึกษากลไกการเร่งนี้โดยส่วนมากจะให้สมการการฟุ้งการพา (diffusion-convection equation) อย่างไรก็ตามสมการนี้เป็นสมการที่ถูกประมาณมาจากการขนส่งแบบมุมขั้ว (pitch-angle transport equation) บนพื้นฐานของการประมาณการฟุ้ง (diffusion approximation) การเข้าสู่ปัญหาโดยใช้การขนส่งแบบมุมขั้วจะแม่นยำกว่าแต่จะซับซ้อนกว่า ในงานนี้เราได้ทำการจำลองการขนส่งของอนุภาคที่บริเวณที่มีการอัดตัวของพลาสมา ด้วยความกว้างของการอัดหลายๆ ค่า และบริเวณคลื่นกระแทก (ความกว้างของการอัดเป็นศูนย์) โดยการแก้สมการการขนส่งแบบมุมขั้วด้วยวิธีไฟไนต์ดิฟเฟอร์เรนท์ (finite difference method) และสมการการฟุ้งการพาซึ่งไม่ได้พิจารณาการเปลี่ยนแปลงเชิงระบบในมุมขั้วด้วยวิธีชูตติง (shooting method) และนอกจากนั้นเรายังได้ทำการปรับเปลี่ยนมุมสนามแม่เหล็ก (field angle) ซึ่งนิยามเป็นมุมระหว่างสนามแม่เหล็กกับแนวตั้งฉากของระนาบคลื่นกระแทก/ระนาบการอัดอีกด้วย ผลของการขนส่งมุมขั้วกับการประมาณเป็นการฟุ้งการพาจะถูกนำมาเปรียบเทียบ และวิเคราะห์เพื่อแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงเชิงระบบในมุมขั้ว เราสรุปว่าปรากฏการณ์กระจกเงาแม่เหล็ก (mirroring effect) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อพิจารณามุมขั้วของอนุภาคเท่านั้น สามารถที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของการเร่งให้สูงขึ้นในกรณีที่ความกว้างของการอัดมีค่าน้อย นอกจากนี้เรายังพบว่าข้อสมมุติที่ว่า j α p –Y ทำให้สมการการฟุ้งการพาทำนายผลการเร่งผิดพลาดด้วยเพราะข้อสมมุตินี้ต้องการลักษณะการกระจายตัวตามระยะทางของอนุภาค j(z) ที่ไม่ขึ้นกับโมเมนตัม ซึ่งจะเป็นปัญหาโดยเฉพาะกรณีที่ความกว้างของการอัดมีค่ามาก