3D PiC code simulations for a laboratory experimental investigation of Auroral Kilometric Radiation mechanisms
3D PiC code simulations for a laboratory experimental investigation of Auroral Kilometric Radiation mechanisms
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用于极光千米辐射机制实验室实验研究的 3D PiC 代码模拟
DOI：
10.1088/0741-3335/50/12/124038
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发表时间：
2008
影响因子：
2.2
通讯作者：
Gillespie K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gillespie K
极光公里辐射（AKR），自然发生在地球磁层的极地地区，在那里电子被电场加速进入不断增加的行星磁偶极子。这里磁矩守恒将轴向动量转化为旋转动量，在速度相空间中形成马蹄形分布。这种分布对于x模式辐射下的回旋辐射是不稳定的。在一个按比例复制这一过程的实验室中，一个75-85 keV的5-40 a电子束被一个螺线管系统磁压缩，在4.42 GHz和11.7 GHz的回旋加速器频率下分别与近截止的te0.1和te0.3模式共振。在这里，我们将这些测量结果与来自3D PiC代码KARAT的数值预测进行比较。三维模拟准确地预测了实验产生的辐射模式和频率。预测的电子动能与波场能量之间的转换效率约为1%，与实验测量结果接近，与准线性理论分析和地球物理观测结果基本一致。
Auroral Kilometric Radiation (AKR), occurs naturally in the polar regions of the Earth's magnetosphere where electrons are accelerated by electric fields into the increasing planetary magnetic dipole. Here conservation of the magnetic moment converts axial to rotational momentum forming a horseshoe distribution in velocity phase space. This distribution is unstable to cyclotron emission with radiation emitted in the X-mode. In a scaled laboratory reproduction of this process, a 75–85 keV electron beam of 5–40 A was magnetically compressed by a system of solenoids and emissions were observed for cyclotron frequencies of 4.42 GHz and 11.7 GHz resonating with near cut-off TE 0, 1 and TE 0, 3 modes, respectively. Here we compare these measurements with numerical predictions from the 3D PiC code KARAT. The 3D simulations accurately predicted the radiation modes and frequencies produced by the experiment. The predicted conversion efficiency between electron kinetic and wave field energy of around 1% is close to the experimental measurements and broadly consistent with quasi-linear theoretical analysis and geophysical observations.
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用于极光千米辐射实验室模拟的电子束测量
影响因子：
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R. Bingham
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R. Benson
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A. S. Hasaani
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通讯作者：
D. Speirs;S. McConville;K. Gillespie;K. Ronald;A. Phelps;A. Cross;R. Bingham;C. Robertson;C. Whyte;I. Vorgul;R. A. Cairns;B. Kellett