Details

Данная работа посвящена исследованию влияния химического состава плазмы на ускорение частиц в бесстолкновительных ударных волнах. Целью работы является исследование распределений по энергиям протонов и ионов, эффективности ускорения надтепловых протонов и структуры ударной волны при различных долях кислорода в плазме. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. модификация гибридного кода для описания динамики высокоэнергичных частиц; 2. анализ распределений протонов и ионов по энергиям при различных долях кислорода в плазме; 3. исследование эволюции распределений частиц во времени; 4. оценка эффективности ускорения надтепловых протонов; 5. анализ фазовых пространств частиц и структуры магнитного поля. В работе показано, что увеличение доли кислорода приводит к уширению фронта ударной волны и усилению магнитных флуктуаций. При этом ускорение протонов подавляется,  их высокоэнергетический хвост быстрее спадает, а распределение частиц по энергиям со временем практически перестает эволюционировать. Также показано, что для ионов кислорода процесс ускорения Ферми начался, но развивается значительно медленнее. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании процессов ускорения частиц в остатках сверхновых. В процессе работы использовались программные среды Visual Studio и Visual Studio Code, язык программирования C++ и Python, библиотеки NumPy и Matplotlib, операционная система Ubuntu, а также ресурсы суперкомпьютерного кластера.

This thesis is devoted to investigating the influence of the plasma chemical composition on particle acceleration in collisionless shock waves. The aim of the work is to investigate the energy distributions of protons and ions, the efficiency of hyperthermal proton acceleration, and the shock-wave structure for different oxygen fractions in the plasma. The research tasks were as follows: 1. modification of the hybrid code to accurately describe the dynamics of high-energy particles; 2. analysis of the energy distributions of protons and ions for different oxygen fractions in the plasma; 3. investigation of the evolution of particle distributions over time; 4. assessment of the efficiency of hyperthermal proton acceleration; 5. analysis of particle phase spaces and magnetic-field structure. The study shows that increasing the oxygen fraction leads to a broader shock front and enhanced magnetic fluctuations. At the same time, proton acceleration is suppressed: the high-energy tail of their spectrum steepens, and the particle energy distribution evolves only weakly with time. It is also shown that the Fermi acceleration process for oxygen ions has begun but develops significantly more slowly. The obtained results can be used in modelling particle acceleration processes in supernova remnants. During the course of this work, the Visual Studio and Visual Studio Code development environments, the C++ and Python programming languages, the NumPy and Matplotlib libraries, the Ubuntu operating system, and the resources of a supercomputing cluster were used.

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРУКТУРЫ УДАРНЫХ ВОЛН И ДИНАМИКИ ЧАСТИЦ
• 1.1. Бесстолкновительные ударные волны в астрофизической плазме
• 1.2. Инжекция и ускорение частиц на ударных волнах
• 1.3. Постановка задачи исследования
• ГЛАВА 2. ГИБРИДНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
• 2.1. Метод гибридного моделирования
• 2.2. Параметры моделирования и построение данных
• ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
• 3.1. Распределения протонов
• 3.2. Распределения ионов кислорода
• 3.3. Эффективность ускорения протонов
• 3.4. Фазовые пространства частиц
• 3.5. Магнитное поле
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ