Лабораторное исследование волн свистового диапазона частот в плазме с нестационарным и неоднородным магнитным полем

• Автор: Гущин, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 125 с. : ил.

1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ . УСТАНОВКИ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ

1.1. Проблемы лабораторного моделирования волновых процессов в околоземной плазме

1.2. Экспериментальная установка «Крот»

1.3. Системы диагностики параметров плазмы и магнитного поля ;

1.4. Системы для возбуждения и регистрации высокочастотных полей

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛН СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА В ПЛАЗМЕ С НЕСТАЦИОНАРНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

2.1. Описание волн свистового ’диапазона частот в плазме с нестационарным магнитным полем

2.1.1. Общая характеристика волн свистового диапазона

2.1.2. Преобразование частоты волн свистового диапазона в плазме с нестационарным магнитным полем

2.2. Описание эксперимента

2.2.1. Источник возмущения магнитного поля

2.2.2. Дакт с пониженной плотностью плазмы
2.3. Экспериментальные результаты
2.3.1. Структура возбуждаемых волновых полей
2.3.2. Квазистатическое периодическое изменение магнитного поля во времени
2.3.3. Импульсное зондирование плазмы с нестационарным магнитным полем
2.3.4. Возмущение магнитного поля низкочастотными свистовыми волнами
2.3.5. Влияние дакта с пониженной плотностью плазмы на процессы параметрического преобразования частоты свистовых волн
2.3.6. Распространение частотно-модулированных вистлеров в плазме с невозмущенным магнитным полем
2.3.7. Механизмы затухания свистовых волн
2.3.8. Апериодические возмущения магнитного поля
3 ВОЗБУЖДЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА В ПЛАЗМЕ С ПРОСТРАНСТВЕННО-НЕОДНОРОДНЫМИ ВОЗМУЩЕНИЯМИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
3.1. Рассеяние вистлеров пространственно-неоднородными возмущениями
магнитного поля
3.1.1. Описание экспериментов
3.1.2. Экспериментальные результаты
3.1.2.1. Локальное возмущение магнитного поля одиночным витком с током:
«магнитная линза»
3.1.2.2. Распространение волн свистового диапазона в плазме с вытянутой
неоднородностью (дактом) магнитного поля
3.1.2.3. Параметрическое преобразование частоты вистлеров в дактах с
нестационарным магнитным полем
3.2. Электродинамический способ управления излучением рамочной антенны в
свистовом диапазоне частот
3.2.1 Принцип управления работой рамочной антенны
3.2.2. Описание экспериментов
3.2.3. Результаты экспериментов
3.2.3.1. Режим «излучение»
3.3.3.2. Режим «прием»
3.3.4. Обсуждение результатов эксперимента
3.3.4.1. Импедансные характеристики рамочной антенны в магнитоактивной плазме
3.3.4.2. Ближнее поле рамочной антенны в магнитоактивной плазме
3.3.4.3. Качественный анализ полей рамочной антенны при локальном возмущении
магнитного поля
4 МОДУЛЯЦИЯ СВИСТОВЫХ ВОЛН НЕСТАЦИОНАРНЫМИ И
НЕОДНОРОДНЫМИ ВОЗМУЩЕНИЯМИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
4.1. УНЧ волны и проблема формирования структурированных пульсаций Рс1
(«жемчужин»)
4.2. Модуляция ОНЧ волн неоднородными и нестационарными вариациями магнитного
поля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Низкочастотные волны, возбуждаемые в околоземной плазме наземными и спутниковыми передатчиками, а также естественные низкочастотные излучения, формирующиеся в ионосфере и магнитосфере Земли, представляют большой интерес в связи с разнообразными научными и техническими приложениями [1-8]. Значительная часть сигналов очень низкочастотного (ОНЧ) диапазона распространяется в магнитоактивной плазме ближнего космоса в виде вистлеров или свистов -правополяризованных мод с частотами ниже циклотронной частоты электронов. Как естественные, так и искусственные волны свистового диапазона, возбуждаемые с поверхности Земли и борта космических аппаратов, могут использоваться для диагностики и мониторинга плазменного окружения Земли [4], исследования структуры магнитосферы [5,6], при проведении экспериментов по контролируемым высыпаниям частиц [7]. В настоящее время интенсивно разрабатываются программы спутниковых экспериментов по активному волновому воздействию на процессы генерации естественных магнитосферных излучений [8].
Исследования свистовых волн не ограничиваются околоземной плазмой, где они были изучены первоначально [9]. К настоящему времени вистлеры обнаружены практически во всех планетарных магнитосферах Солнечной системы [10-14]. Волны свистового диапазона регистрируются в экспериментах по магнитному перезамыканию [15-17], в горячей плазме токамаков [18] и в прямых магнитных ловушках [19]. В последние десятилетия активно обсуждается генерация плотной плазмы волнами свистового диапазона в так называемых «геликонных» источниках [20]. Вистлеры участвуют в быстром недиффузионном переносе магнитных полей и токов, описываемом в приближении электронной магнитной гидродинамики [21,22], который важен, в частности, для задач инерциального термоядерного синтеза. Таким образом, исследование свистовых волн не только необходимо для понимания процессов в ближнем космосе, но и представляет большой общефизический интерес.
Космические исследования, как правило, сопряжены с проведением трудных и дорогостоящих экспериментов. Это обстоятельство оправдывает изучение плазменных процессов в модельных экспериментах, проводимых в лаборатории [112]. Требования адекватного моделирования космических явлений накладывают на лабораторные эксперименты ряд ограничений, связанных, в частности, с размерами установок, которые должны быть достаточно велики. Исследования, результаты которых

I МНг
[М.

0 I МНг 0
1 1, цэес 1

1 I МНг

1 цэес
1 ^ цэес 1

1 ^ (.[вес

(е) ..

....'Я* % %

.ю
ц А
1

Рис. 2.12 Осциллограммы (а,Ь,с) и динамические спектры (б,е,0 пробных свистовых волн с исходной частотой /о = 160 МГц, прошедших через область с периодической модуляцией магнитного поля на частоте 1.2 МГц при относительной амплитуде возмущения порядка 3%, и