Возбуждение и распространение волн свистового диапазона в замагниченных плазменных каналах при наличии столкновительных потерь

• Автор: Еськин, Василий Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Введение
Глава 1. ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА В ЗАМАГНИЧЕННОМ ПЛАЗМЕННОМ СТОЛБЕ В СВОБОДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ НАЛИЧИИ СТОЛКНОВИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ
1.1. Основные соотношения
1.2. Волны свистового диапазона, направляемые цилиндрическим
плазменным столбом в свободном пространстве при наличии столкновитсльпых потерь
1.2.1. Постановка задачи
1.2.2. Типы мод, направляемых плазменным столбом
1.2.3. Объёмные моды однородного плазменного столба
1.2.4. Поверхностные моды однородного плазменного столба
1.2.5. Моды, направляемые однородным плазменным столбом
в свободном пространстве при учёте теплового движения электронов
1.2.6. Моды неоднородного плазменного столба
1.3. Возбуждение волн свистового диапазона в замагничонном плаз-
менном столбе в свободном пространстве при наличии столкпо-внтельпых потерь
1.3.1. Исходные уравнения
1.3.2. Волны дискретной и непрерывной частей спектра
1.3.3. Поле и сопротивление излучения кольцевого электрического тока
1.3.4. Результаты численных расчётов сопротивления излуче-
ния кольцевого электрического тока при отсутствии и наличии столкновитсльпых потерь 1! плазменном столбе
1.3.5. Распределение мощности джоулсвых потерь в плазменном столбе
1.4. Выводы
Глава 2. ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА В СТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМЕ ПРИ НАЛИЧИИ ДАК-
ТОВ С ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТЬЮ
2.1. Постановка задачи и основные соотношения

2.2. Волны свистового диапазона, направляемые дактамм с повышенной плотностью в столкноиителыюй магнитоактишюй плазме
2.2.1. Типы мод, направляем),IX дактом плотности
2.2.2. Дисперсионные характеристики мод
2.2.3. Структура нолей мод
2.2.4. Влияние неоднородности дакта плотности в поперечном
направлении па свойства мод
2.3. Возбуждение волн свистового диапазона в столкноиителыюй
магнитоактишюй плазме при наличии дактов в повышенной
плотностью
2.3.1. Постановка задачи о собственных волнах открытой направляющей системы в магнитоактишюй плазме
2.3.2. Возбуждение волн дискретной и непрерывной частей
спектра при наличии дакта плотности
2.3.3. Поле и сопротивление излучения кольцевого электрического тока при наличии дакта плотности
2.3.4. Результаты численных расчётов сопротивления излучении кольцевого электрического тока
2.4. Выводы
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАЦИОНАРНОЙ СТРУКТУРЫ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РАЗРЯДА, ПОДДЕРЖИВАЕМОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИСТОЧНИКОМ СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ ВО
ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ
3.1. Основные уравнения
3.2. Распределение ноля и плазмы
3.3. Результаты численных расчётов характеристик разряда
3.4. Выводы
Заключение
Литература

Введение
В последние десятилетия электродинамика открытых направляющих систем с магнитоактшшым плазменным заполнением привлекает к себе повышенное внимание. Одним из важнейших направлений в этой области является исследование возбуждения и распространения воли свистового диапазона частот при наличии цилиндрических направляющих плазменных структур, расположенных в свободном пространстве 11—8] или фоновой магнитоактивной плазме параллельно внешнему магнитному полю [9-13] (в последнем случае такие структуры принято называть дактами плотности). Особое внимание при этом уделяется волнам, принадлежащим резонансной области свистового диапазона, поскольку они играют весьма важную роль во многих фундаментальных физических процессах в околоземном космическом пространстве 114—21], а также представляют значительный интерес для ряда приложений, связанных, в частности, с так называемыми геликоиными высокочастотными (ВЧ) разрядами 11, 2]. Такие разряды, сопровождающиеся формированием плазмеппо-вол-иоводпых каналов в лабораторных условиях, считаются в настоящее время весьма эффективными источниками плотной низкотемпературной плазмы и могут поддерживаться при сравнительно малых внешних постоянных магнитных полях н удельных вкладах мощности [1, 2, 22]. Как известно, разряды подобного типа находят широкое применение п плазмохимических технологиях |23, 24|, а также используются для создания активных сред газовых лазеров [22, 25, 26], генерации плазмы в магнитных ловушках |27], разработки новых методов ускорения частиц [28-31] и т.д.
Значимость выбранного направления исследований обусловлена и получившими в последнее время широкое распространение методами активного воздействия на ионосферу и магнитосферу Земли. Использование нлазмсино-волноводиых каналов в целях повышения эффективности возбуждения свистовых воли (виетлсров) открывает дополнительные возможности для активной волновой диагностики околоземного космического пространства 115, 32, 33]. а также управления характеристиками электромагнитных излучателей в магнитоактивной плазме [9, 13, 34. 35]. В этой связи одним из весьма перспективных путей повышения эффективности возбуждения свистовых волн представляется применение так называемых плазменных антенн — самосогласованных плазменных излучающих структур квазицилипдричсской формы, возникающих в плазме ионосферного типа вблизи источника и изменяющих условия возбуждения и распространения излучаемых волн. Результаты ряда лабораторных и ионосферных экспериментов свидетельствуют о принципиальной возможности реализации соответствующих структур [34, 36, 37] и их позитивном влиянии па характеристики излучения источников свистового диапазона частот в маг-питоактивпой плазме [9, 34, 38, 39).

р 140 120

рсо)
У=1
4=2

0,4 0
Ч/СО

Рис. 1.9. Зависимости постоянных распространения (а) и постоянных затухания (б) слабо-за гухающих мод с азимутальным индексом т 1 от эффективной частоты электронных соударений. Сплошными и штрих-пунктирными линиями показаны результаты, полученные на основании решений точного и приближённого дисперсионных уравнений соответственно. Штриховая линия показывает зависимость Р'{ш). Значение остальных параметров те же, что и для рис
На рис. 1.9 показаны зависимости постоянных распространения р' и постоянных затухания р" от ;/0 для трёх слабозатухающих мод с азимутальным индексом т = 1. существующих в рассматриваемом случае. Из рис. 1.9 видно, что решение уравнения (1.40) удовлетворительно описывает зависимостир" и р' от' частоты электронных соударений для моды с и = 1 за исключением поведения р" в области щ/се < 0,25. Это означает, что для умеренных значений /д, (ге/ш < 0.25), условие 1т(2 использованное при выводе уравнения
(1.40), не выполняется и данное уравнение но может быть использовано для анализа дисперсионных характеристик моды.
Примечательно, что постоянные затуханиявесьма медленно меняются с увеличением ие в выбранном интервале эффективной частот электронных соударений (см. рис. 1.9). Это связано с тем, что величинар"т1, в значительной степени определяется третьим слагаемым в левой части уравнения (1.40). При Рту р'т1/1 указанное слагаемое довольно слабо зависит от ие, поэтому р в рассматриваемом интервале изменяется незначительно.
Представляется интересным обсудить, возможна ли для слабозатухающих мод ситуация, когда отношение р"/р' оказывается близким к величине р"/р' си /уе/(2о;н), характеризующей затухание вистлсров при их распространении в однородной магнитоактивной плазме под малыми углами к направлению внешнего магнитного ноля. Анализ уравнения (1.40) показывает, что это возможно лишь в случае очень широкого плазменного столба для мод, действительные части комплексных постоянных распространения которых близки к