Искусственные волноводные каналы в магнитоактивной плазме: лабораторные и натурные эксперименты

• Автор: Белов, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Глава 1. Описание экспериментальных установок и методов диагностики

1.1 Лабораторные исследования

1.1.1 Условия лабораторного моделирования явлений в ионосфере и

магнитосфере Земли

1.1.2 Лабораторная установка «Канал»

1.1.3 Методы диагностики лабораторной плазмы

1.2 Натурные исследования

1.2.1 Нагревный стенд «Сура»

1.2.1.1 Основные явления, наблюдаемые в экспериментах по модификации

ГУобласти ионосферы

1.2.2 Методы диагностики параметров ионосферной плазмы

1.2.2.1 Бортовая научная аппаратура ИСЗ DEMETER
1.3 Заключительные замечания
Глава 2. Лабораторные исследования неустойчивостей в магнитоактивной плазме при наличии дакта плотности
2.1 Вынужденное ионизационное рассеяние волнового пучка,
формирующего разрядный канал
2.1.1 Условия проводимых экспериментов
2.1.2 Экспериментальные результаты
2.1.3 Обсуждение экспериментальных результатов
2.1.4 Параметры подобия
2.2 Генерация ионно-звуковых волн в плазменно-волновом разряде
2.2.1 Условия и результаты экспериментов
2.2.2 Обсуждение результатов
2.2.3 Параметры подобия
2.3 Выводы
Глава 3. Генерация электромагнитных колебаний на частотах нижнегибридного и баунс резонанса в плазменном резонаторе магнитосферного типа с дактом повышенной плотности
3.1 Условия проводимых экспериментов
3.2 Экспериментальные результаты
3.3 Обсуждение экспериментальных результатов
3.4 О возбуждении баунс колебаний радиоразрядом в
ионосфере Земли
3.5 Выводы
Глава 4. Формирование искусственных дактов плотности при нагреве ионосферы Земли мощным КВ радиоизлучением стенда «Сура»
4.1 Теоретические предпосылки
4.2 Схема проведения эксперимента «Сура» - DEMETER
4.3 Результаты измерений характеристик электромагнитных и
плазменных возмущений
4.3.1 Характеристики плазменных возмущений
4.3.1.1 Сопоставление с результатами измерений, выполненных с
помощью метода спутниковой радиотомографии
4.3.2 Характеристики возмущений электромагнитных полей в
области искусственного дакта плотности
4.3.2.1 Обсуждение результатов спутниковых измерений характеристик
электромагнитных возмущений
4.4 Условия формирования искусственных дактов плотности
при нагреве ионосферы Земли мощным КВ радиоизлучением стенда «Сура»
4.5 Выводы
Заключение
Литература
Актуальность темы исследования
Интерес к исследованиям нелинейного взаимодействия сильного электромагнитного поля с неоднородной плазмой возник сравнительно давно [1-5] и обусловлен с одной стороны задачами построения полной физической картины электромагнитных явлений в плазме, а с другой стороны необходимостью решения ряда прикладных задач радиофизики и физики плазмы и стимулируется, в первую очередь, потребностями и перспективами разнообразных приложений, включающих, в частности, активную волновую диагностику и мониторинг околоземного пространства, разработку новых каналов дальней радиосвязи, высокочастотный нагрев плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза и плазмохимии и т.д.
В магнитоактивной плазме нелинейные явления, возникающие при взаимодействии мощного радиоизлучения с плазмой, при определённых условиях могут привести к образованию ориентированных вдоль внешнего магнитного поля крупномасштабных плазменных неоднородностей с повышенной или пониженной плотностью плазмы [6-9] - так называемых дактов плотности (от английского слова duct - канал), играющих роль волноводов для распространения радиоволн. Такие плазменно-волновые каналы могут возникать и в естественных условиях, при этом их формирование связывают с полями грозовых облаков или с полями поляризации, возникающими при высыпаниях частиц в ионосферу [10-12].
Дакты плотности плазмы играют важную роль в динамике магнитосферного циклотронного мазера [13, 14]. Роль активного вещества в этом мазере выполняют частицы радиационных поясов, для которых из-за наличия конуса потерь в пространстве скоростей характерна инверсия населенностей, проявляющаяся в поперечной анизотропии функции

Рисунок 2.2 - Распределение вдоль разрядной колбы квадрата амплитуды продольной компоненты электрической составляющей ВЧ поля на частоте 200 МГц
Сложная структура |£г(г)|2 объясняется интерференцией поля собственной волны неоднородного плазменного волновода с ближнем полем ВЧ источника и волнами, отраженными от резкого перепада плотности плазмы у торцевой поверхности многосеточного зонда. В представленном
распределении Е?(г)2 важным моментом является наличие стоячей структуры волнового поля с характерными продольными масштабами -10-12 см.
2.1.2 Экспериментальные результаты
Спектральный состав излучения, формирующего разрядный канал, показан на рисунке 2.3.