Ein kinetisches Modell der Ionen in koronalen Löchern mit Welle-Teilchen-Wechselwirkung und Coulomb-Stößen

Vocks, Christian

Es wird ein kinetisches Modell der Ionen in der Korona der Sonne vorgestellt. Kinetische Modelle haben gegenüber den vom Rechenaufwand her einfacheren Fl?ssigkeitsmodellen den Vorteil, daß sie keine Annahmen über die Form der Geschwindigkeitsverteilung der Ionen beinhalten und so die Beschreibung weit vom thermischen Gleichgewicht entfernter Zustände ermöglichen. Durch Integration der Verteilungsfunktionen über die senkrechten Geschwindigkeitskoordinaten werden 'reduzierte Verteilungen' eingef?hrt und eine Vlasov-Gleichung f?r diese hergeleitet. Die reduzierten Verteilungen h?ngen nur noch von jeweils einer räumlichen und einer Geschwindigkeitskoordinate ab, so daß die Vlasov-Gleichung mit vertretbarem Aufwand numerisch lösbar wird. Das Modell beschreibt die resonante Wechselwirkung der Ionen mit Plasmawellen im Rahmen der quasilinearen Theorie, wobei Energieerhaltung zwischen Wellen und Teilchen garantiert wird. Die Coulomb-Stöße werden mit Hilfe des Landau-Stoßintegrals berechnet. Die zeitabhängige Vlasov-Gleichung wird ausgehend von einem Anfangszustand numerisch gelöst, bis ein stationärer Endzustand gefunden worden ist. Dabei ist die Erhaltung von Teilchenzahl und Energie gew?hrleistet. Es werden Simulationsergebnisse für das Plasma in einem koronalen Trichter vorgestellt, die eine mit Beobachtungen übereinstimmende bevorzugte Heizung der schweren Ionen und starke Abweichungen der Verteilungsfunktionen von einer Maxwellverteilung aufweisen. Die Stabilität dieser Verteilungen wird diskutiert.

A kinetic model of the ions in the solar corona is presented. In contrast to fluid models, kinetic models have the advantage of making no assumptions on the shape of the velocity distribution functions (VDFs) of the ions. Thus, they enable the description of states far away from thermal equilibrium. Integration over the velocity components perpendicular to the background magnetic field yields 'reduced VDFs'. A Vlasov equation for these reduced VDFs is derived. The reduced VDFs depend only on one spatial and on one velocity coordinate, so that the Vlasov equation for them can be solved with reasonable numerical effort. The model describes the wave-particle interaction within the framework of quasilinear theory. Energy conservation between waves and particles is guaranteed. The Coulomb collisions are calculated using the Landau collision integral. Starting from an initial condition, the time-dependent Vlasov equation is solved numerically until a stationary state has been found. The model shows good conservation of particle number and energy. Simulation results for the plasma within a coronal funnel are presented. They show a preferred heating of the heavy ions and strong deviations from a Maxwellian VDF, coincident with observations. The stability properties of these reduced VDFs are discussed.

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Vocks, Christian: Ein kinetisches Modell der Ionen in koronalen Löchern mit Welle-Teilchen-Wechselwirkung und Coulomb-Stößen. 2001.

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