Балансовая модель динамики питч - углового распределения электронов внешнего радиационного пояса при развитии циклотронной неустойчивости

• Автор: Барсуков, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
Формулировка проблемы и её актуальность
Задачи диссертационной работы
Научная новизна работы
Научная и практическая ценность работы
Основные положения, выносимые на защиту
Личный вклад автора
Структура и объем диссертации
Апробация диссертационной работы
ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ
1.1. Структура радиационных поясов
1.1.1. Кинематика частиц радиационных поясов
1.1.2. Феноменология радиационных поясов Земли
1.1.3. Ионные радиационные пояса
1.1.4. Электронные радиационные пояса
1.2. Основные физические процессы в радиационных поясах
1.2.1. Источники частиц
1.2.2. Механизмы потерь частиц
1.2.3. Радиальная диффузия частиц
1.2.4. Релятивистские электроны радиационных поясов
1.2.5. Плазмосфера
1.3. Волновые явления во внутренней магнитосфере
1.3.1. Электромагнитные колебания в магнитосфере
1.3.2. Низкочастотные электромагнитные волны
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОНОВ С ЭНЕРГИЕЙ БОЛЕЕ 100 КЭВ ПРИ РАЗВИТИИ ІДИКЛОТРОННОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
2.1 .Модель
2.2 Результаты расчётов
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ. ВЫСЫПАНИЙ ЭНЕРГИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ДАННЫМ СПУТНИКА "МЕТЕОР ЗМ Леї ЗА 2002-2005 ГОДЫ

3.1. Зависимость от географической долготы точки наблюдения числа событий высыпаний энергичных электронов, зарегистрированных с борта спутника «Метеор ЗМ №1» в 2002-2005 годах
3.2. Зависимость от параметра Мак-Илвайна точки наблюдения числа событий высыпаний энергичных электронов, зарегистрированных с борта спутника «Метеор ЗМ №1» в 2002-2005 годах
3.3 Экспериментальное исследование высыпаний энергичных электронов по данным спутника «Метеор ЗМ №1» за 2002-2005 годы на примере напряжённости магнитного поля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Формулировка проблемы и её актуальность
Одной из актуальных задач исследований ближнего космоса является разработка моделей физических процессов в радиационных поясах Земли. Информация о состоянии радиационных поясов, их элементном и зарядовом составе, пространственно-энергетических характеристиках, спектрах и питч-угловых распределениях, вариациях во время бурь и суббурь постоянно пополняется. Это требует сложных и дорогих экспериментов на искусственных спутниках (ИСЗ), которые поддерживаются математическим моделированием физических процессов, протекающих в радиационных поясах. Возникающие при этом научные, методические и технические задачи эффективно решаются только в тесном контакте эксперимента и теории.
Помимо фундаментального аспекта у проблематики радиационных поясов имеется и прикладной аспект, связанный с практическим освоением ближнего космоса: потоки частиц РП представляют значительную опасность как для космонавтов, работающих на околоземных орбитах, так и для спутниковой электроники.
В течении четырёх лет с 2002 по 2005 годы на околоземной квазикруговой полярной орбите на высоте -1000 км функционировал отечественный ИСЗ «Метеор ЗМ №1». В состав научной радиометрической аппаратуры этого спутника входил и гейгеровский датчик, регистрировавший временные вариации потока электронов с энергией более 100 кэВ во внешнем радиационном поясе. Анализ данных этих наблюдений показал, в частности, наличие большого числа событий высыпаний энергичных электронов с энергией свыше ЮОкэВ из внешнего радиационного пояса.

радиальной диффузии. Вследствие долготной асимметрии ловушки частицы с £>100 кэВ проводят больше времени в дневной, чем в ночной полусфере. Поэтому частицы РП диффундируют преимущественно к Земле. Отрицательные 8С вызывают диффузию частиц от Земли, но они встречаются втрое реже. Такая диффузия — один из путей формирования РП [43].
Для частиц малых энергий диффузия под действием БС дополняется диффузией под действием флуктуаций электрического поля магнитосферы [78], возникающих при резких изменениях скорости солнечного ветра и ММП. В таком механизме преимущественная диффузия к Земле обеспечивается тем, что ночью концентрация частиц с £~ 10-100 кэВ больше и электрическое поле флуктуирует сильнее, чем днем. Анализ данных ИСЗ показывает, что такой механизм может доминировать для ионов с £<200 кэВ на £>4 [14]. Такую диффузию называют электрической, а диффузию под действием 8С —магнитной.
В периоды геомагнитной активности скорости радиальной диффузии частиц РП резко увеличиваются [149]. Этот эффект связан с увеличением азимутальной асимметрии и с ослаблением магнитного поля в ловушке. При этом коэффициент радиальной диффузии (Оц) увеличивается пропорционально ехр(Кр) и может превысить среднее значение на три порядка величины [103]. В ходе диффузии к Земле частицы испытывают бетатронное ускорение; протоны могут ускоряться до ~ 1 ГэВ, а электроны — до десятков МэВ.
Для стационарного РП протонов с ао—900 уравнение Фоккера—Планка, учитывающее ионизационные потери частиц имеет вид [130]:
1}(д1дЦ(РиЛ}-д]7дЬ) - Сд/1др- Лс/= 0,
где Ди,£) — функция распределения протонов, усредненная по гиропериоду и периоду дрейфа частиц вокруг Земли, С(р,Ь) — коэффициент кулоновских потерь и Асе —скорость перезарядки.
Для других ионов в левой части этого уравнения добавляется член £>,/„ учитывающий изменения заряда ионов РП в результате перезарядки.