Труды КНЦ вып.5. ГЕЛИОГЕОФИЗИКА. 8/2019(10)

На основе этой теории для бесстолкновительной плазмы из незамагниченных протонов и замагниченных электронов построена численная модель стационарного пространственно одномерного тонкого токового слоя с заданной нормальной компонентой магнитного поля, в которой полностью учитываются электростатические эффекты, а электроны описываются на кинетическом уровне, и их вклад учитывается аналитически в рамках дрейфовой кинетической теории. В модели для численного решения стационарного уравнения Власова, которым описываются незамагниченные горячие протоны, разработаны и успешно применены два новых метода, которые позволяют выполнять основной объем вычислений на графических процессорах, и на практике показали свою высокую эффективность. В работах [3-5] в численном моделировании получены симметричные конфигурации стационарного пространственно одномерного тонкого токового слоя с заданной нормальной компонентой магнитного поля, в которых очень точно выполнены условия силового баланса для большого набора входных параметров. На рис. 1приведен силовой баланс в одной из полученных симметричных конфигураций с плоским магнитным полем и изотропными электронами. Верхняя панель показывает баланс по оси X, который определяется уравнением (41). Как видно из рисунка, силовой баланс выполнен с очень хорошей точностью, причем постоянная в правой части формулы (41) равна нулю. Средняя панель показывает баланс по оси F, который определяется уравнением (42). В рассматриваемом случае постоянная в правой части формулы (42) также равна нулю. Как видно из рисунка, максимальное отклонение от нуля имеет место вблизи центра слоя и по амплитуде не превышает 10"4нПа, то есть на два порядка меньше ненулевой недиагональной компоненты тензора напряжений протонов П х _(z) и на три порядка меньше ненулевой диагональной компоненты тензора напряжений протонов П 2 Z(z) ~ 0.06 - 0.2 нПа. Таким образом, силовой баланс по оси Y также выполнен с очень хорошей точностью. На нижней панели показан баланс по оси Z, который определяется уравнением (43). Красная линия показывает выполнение этого уравнения с очень высокой точностью. Как видно из рисунка, давление электронов вносит хоть и относительно малый, но очень важный вклад в точное выполнение уравнения силового баланса в токовом слое. Таким образом, силовой баланс в созданной численной модели ТТС благодаря гладкой и точной аппроксимации вторых моментов функции распределения протонов выполняется с очень высокой точностью. Это указывает на стационарность полученных конфигураций и высокое качество численной модели, достигнутое благодаря использованию разработанных новых методов численного решения стационарного уравнения Власова и ряда новых приемов моделирования. 188