Tracing charged particle motion in a turbulent magnetic field
2
Issued Date
2006
Copyright Date
2006
Resource Type
Language
eng
File Type
application/pdf
No. of Pages/File Size
x, 53 leaves : ill.
ISBN
9740477119
Access Rights
open access
Rights
ผลงานนี้เป็นลิขสิทธิ์ของมหาวิทยาลัยมหิดล ขอสงวนไว้สำหรับเพื่อการศึกษาเท่านั้น ต้องอ้างอิงแหล่งที่มา ห้ามดัดแปลงเนื้อหา และห้ามนำไปใช้เพื่อการค้า
Rights Holder(s)
Mahidol University
Bibliographic Citation
Thesis (M.Sc. (Physics))--Mahidol University, 2006
Suggested Citation
Achara Seripienlert Tracing charged particle motion in a turbulent magnetic field. Thesis (M.Sc. (Physics))--Mahidol University, 2006. Retrieved from: https://repository.li.mahidol.ac.th/handle/123456789/106544
Title
Tracing charged particle motion in a turbulent magnetic field
Alternative Title(s)
การจำลองการเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุในสนามแม่เหล็กแบบปั่นป่วน
Author(s)
Advisor(s)
Abstract
There are charged particles that are accelerated by solar storms. These are
called Solar Energetic Particles (SEPs). When SEPs come near Earth, they can affect telecommunications, astronauts, etc., these effects are called "space weather effects." SEPs can come near Earth by moving along the Interplanetary Magnetic Field (IMF). The IMF is dragged out from the Sun by the solar wind. Since the solar wind is highly turbulent, the IMF is turbulent as well. Matthaeus, Goldstein & Roberts (1990) proposed a two-component magnetic field to model the turbulent IMF. Understanding how charged particles move along the IMF is beneficial for describing some transport phenomena and the model is useful in achieving this understanding. In this work, charged particle motion was traced in the turbulent magnetic field. A program to trace charged particle motion using the Runge-Kutta algorithm
was developed. Charged particle motion was traced by transforming from particle position coordinates to guiding center coordinates and transforming the kinematic momentum from Cartesian coordinates to spherical coordinates. Guiding center coordinates were used because they do not change much as time evolves. The same information was maintained as when using position coordinates. This procedure is expected to make the program faster and more accurate than using the particle position directly.
อนุภาคมีประจุที่ถูกเร่งให้มีพลังงานสูงจากพายุสุริยะเรียกว่าอนุภาคพลังงานสูงจากดวง อาทิตย์ เมื่ออนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้เคลื่อนที่มาใกล้ ๆ โลก จะมีผลกระทบต่อโทรคมนาคม นักบินอวกาศ และเรื่องอื่นๆ ซึ่งรวมเรียกว่า "สภาพอวกาศ" อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่มายังโลกโดยการโคจรเป็นเกลียวรอบสนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์ สนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์นี้ถูกลากออกมาจากดวงอาทิตย์โดยลมสุริยะ เนื่องจากลมสุริยะมีความปั่นป่วนสูง ส่งผลให้สนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดางเคราะห์นี้มีความปั่นปวนไปด้วย มัทเธอุส, โกลด์สติน และโรเบิร์ต (พ.ศ.2533) ได้เสนอสนามแม่เหล็กแบบสององค์ประกอบ เพื่อใช้เป็นแบบจำลองของสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ การศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุตามเส้นสนามแม่เหล็ก ทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์การขนส่งของอนุภาคบางปรากฏการณ์ได้ ในงานวิจัยนี้ ได้พัฒนาโปรแกรมเพื่อตามเส้นทางของอนุภาคมีประจุในสนามแม่เหล็กแบบปั่นป่วน โดยได้ใช้วิธีรุงเงอ-คุททาในการแก้สมการการเคลื่อนที่ ได้แปลงจากพิกัดตำแหน่งเป็นพิกัดไกด์ติงเซ็นเตอร์ และ แปลงโมเมนตัมจากพิกัดคาร์ทีเชียนเป็นพิกัดทรงกลม เราเลือกใช้ พิกัดไกด์ติงเซ็นเตอร์เพราะเป็นพิกัดที่มีการเปลี่ยนแปลงช้า และพยายามรักษาสารสนเทศเดิมของพิกัดตำแหน่งไว้เหมือนกับการใช้พิกัดตำแหน่ง หวังว่ากระบวนการนี้จะช่วยให้โปรแกรมเร็วขึ้นและแม่นยำกว่าการใช้พิกัดตำแหน่งโดยตรง
อนุภาคมีประจุที่ถูกเร่งให้มีพลังงานสูงจากพายุสุริยะเรียกว่าอนุภาคพลังงานสูงจากดวง อาทิตย์ เมื่ออนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้เคลื่อนที่มาใกล้ ๆ โลก จะมีผลกระทบต่อโทรคมนาคม นักบินอวกาศ และเรื่องอื่นๆ ซึ่งรวมเรียกว่า "สภาพอวกาศ" อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่มายังโลกโดยการโคจรเป็นเกลียวรอบสนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์ สนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์นี้ถูกลากออกมาจากดวงอาทิตย์โดยลมสุริยะ เนื่องจากลมสุริยะมีความปั่นป่วนสูง ส่งผลให้สนามแม่เหล็กในตัวกลางระหว่างดางเคราะห์นี้มีความปั่นปวนไปด้วย มัทเธอุส, โกลด์สติน และโรเบิร์ต (พ.ศ.2533) ได้เสนอสนามแม่เหล็กแบบสององค์ประกอบ เพื่อใช้เป็นแบบจำลองของสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ การศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุตามเส้นสนามแม่เหล็ก ทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์การขนส่งของอนุภาคบางปรากฏการณ์ได้ ในงานวิจัยนี้ ได้พัฒนาโปรแกรมเพื่อตามเส้นทางของอนุภาคมีประจุในสนามแม่เหล็กแบบปั่นป่วน โดยได้ใช้วิธีรุงเงอ-คุททาในการแก้สมการการเคลื่อนที่ ได้แปลงจากพิกัดตำแหน่งเป็นพิกัดไกด์ติงเซ็นเตอร์ และ แปลงโมเมนตัมจากพิกัดคาร์ทีเชียนเป็นพิกัดทรงกลม เราเลือกใช้ พิกัดไกด์ติงเซ็นเตอร์เพราะเป็นพิกัดที่มีการเปลี่ยนแปลงช้า และพยายามรักษาสารสนเทศเดิมของพิกัดตำแหน่งไว้เหมือนกับการใช้พิกัดตำแหน่ง หวังว่ากระบวนการนี้จะช่วยให้โปรแกรมเร็วขึ้นและแม่นยำกว่าการใช้พิกัดตำแหน่งโดยตรง
Description
Physics (Mahidol University 2006)
Degree Name
Master of Science
Degree Level
Master's degree
Degree Department
Faculty of Science
Degree Discipline
Physics
Degree Grantor(s)
Mahidol University