Лабораторное моделирование активных плазменных экспериментов в ионосфере и магнитосфере Земли

• Автор: Костров, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 357 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Экспериментальные стенды и методы диагностики параметров плазмы

1.1. Условия моделирования космических явлений в лабораторной плазме. Параметры подобия

1.2. Экспериментальный стенд “Ионосфера”

1.3. Экспериментальный стенд ТН-

1.4. Методы диагностики плазмы

Гйава 2. Исследование термодиффузионных процессов в

замагниченной плазме

2.1. Особенности термодиффузии плазмы в магнитном

2.1.1. “Быстрая” диффузия и термодиффузия плазмы в магнитном иоле
2.1.2. Термосила и условие гидродинамического равновесия в замагниченной плазме при локальном нагреве электронов
2.1.3. Мелкомасштабная неустойчивость высокочастотного поля в замагниченной плазме с дефокусирующей тепловой нелинейностью
2.2. Экспериментальное исследование термодиффузионных
процессов в замагниченной плазме
2.2.1. Динамика термодиффузионного перераспределения
плотности замагниченной плазмы при локальном нагреве электронов
2.2.2. Вихревые термодиффузионные токи

2.3. Численное моделирование термодиффузионного перераспределения замагниченной плазмы при локальном нагреве электронов
2.4. Основные выводы
Гйава 3. Нелинейное взаимодействие электромагнитных
волн с плазмой и формирование плазменных линз
3.1. Изучение модуляционной неустойчивости, возбуждаемой в замагниченной плазме квазиоптическим электромагнитным пучком волн
3.1.1. Анализ функции распределения ускоренных электронов в поле электромагнитной волны
3.1.2. Диагностика сильной ленгмюровской турбулентно-
сти зондирующим электронным пучком
3.1.3. Измерение амплитуды и поляризации высокочастотного поля в турбулентной плазме методом сателлитов запрещенных переходов в Не
3.1.4. Исследование низкочастотных флуктуаций в т_ур-булентной плазме
3.1.5. Дополнительная ионизация плазмы при развитии модуляционной неустойчивости
3.2. Тепловое “просветление” плазмы в магнитном поле при воздействии пучка электромагнитных волн
3.2.1. Формирование диаграммы направленности зондирующих плазму электромагнитных волн в поле сфокусированного излучения волны накачки
3.2.2. Лабораторное моделирование авроральной ионосферной линзы, создаваемой мощным электромагнитным излучением
3.3. Основные выводы

Глава 4. Электродинамические характеристики диполь-ных антенн в магнитоактивной плазме в свистовом диапазоне частот
4.1. Введение
4.2. Исследование импедансов дипольных антенн
4.2.1. Электрическая антенна
4.2.2. Магнитная антенна
4.3. Структура электромагнитных полей дипольных излучателей в однородной магнитоактивной плазме
4.4. Способы увеличения эффективности излучения волн свистового диапазона частот дипольными антеннами
4.5. Влияние нелинейных эффектов в ближней зоне рамочной антенны на её излучательные характеристики
4.6. Излучение “магнитных токов”
4.7. Основные выводы
Глава 5. Каналирование волн свистового диапазона частот неоднородными плазменными структурами
5.1. Формирование дактов плотности в замагниченной плазме
5.2. Каналирование вистлеров в “узких” дактах с пониженной плотностью
5.3. Каналирование вистлеров в “узких” дактах с повышенной плотностью
Глава 6. Взаимодействие модулированного электронного пучка с магнитоактивной плазмой
6.1. Экспериментальная установка ССМ
6.2. Механизмы возбуждения вистлеров
6.3. Переходное излучение модулированного электронного пучка

магнитное попе создавалось с помощью трех соленоидов (два из которых расположены внутри вакуумного объема на расстоянии 115 мм
накопитель (С = 1 • 1СГ2 Ф, 1/тах = 103 В), подключенный к соленоидам через тиристорный ключ, обеспечивал ток, необходимый для создания однородного магнитного поля напряженностью до 1200 Э. Время нарастания магнитного поля при этом составляло 10“1 с, что существенно превышало все характерные времена изучаемых плазменных процессов.
Ионизация нейтрального газа (в основном аргон и гелий) при давлении от 10_3 до 10_2торр осуществлялась путем зажигания высокочастотного индуционного разряда в квазистационарном однородном магнитном поле. Конусообразный ВЧ индуктор состоял из трех колец диаметром 250-350 мм, расположенных в торце камеры (рис. 1.1). Генератор высокочастотной мощности, подключенный к индикатору через согласующее устройство, имел следующие выходные параметры: несущая частота — 5 МГц, длительность импульса — 2-10~3 с, максимальная выходная мощность — 100 кВт.
Стенд работает в импульсном режиме с частотой повторений 0,1 Гц, с хорошей воспроизводимостью параметров плазмы. Повторяемость основных параметров плазмы от выстрела к выстрелу не хуже 1%.
Чтобы устранить влияние высокочастотных полей от источника плазмы по результатам измерений, эксперименты проводились в распадающейся плазме, т. е. после выключения источника. В этом случае создавалась “спокойная” плазма (шумовые флуктуации меньше 0,01%) с максвелловской функцией распределения электронов по скоростям.
В условиях эксперимента осуществлялся, в основном, диффузионный распад плазмы с характерным временем амбиполярной диффузии вдоль магнитного поля
друг от друга) диаметром 800 мм и длиной 435 мм каждый. Ёмкостной