Динамика потоков протонов с энергией десятки кэВ - несколько МэВ вблизи геомагнитного экватора

• Автор: Петров, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Глава 1. Характеристики кольцевого тока
Общие характеристики
Источники и динамика кольцевого тока
Потери частиц кольцевого тока
Энергетический спектр частиц кольцевого тока
Зависимость от местного времени
Питч-угловое распределение
Индекс геомагнитной активности
Заключение к главе
Глава 2.Характеристики приэкваториального протонного образования
Эксперименты по исследованию потоков протонов с энергиями от десятков кэВ до
нескольких МэВ вблизи геомагнитного экватора
Географическое распределение
Зависимость потока от Ь,В и высоты
Зависимость потока протонов от Ь
Питч-угловое распределение
Долготная зависимость
Связь потоков протонов с геомагнитной активностью
Зависимость от местного геомагнитного времени
Энергетический спектр
Время жизни протонов на малых высотах
Ларморовское вращение
Колебательное движение
Азимутальный дрейф
Потери на перезарядку
Кулоновское рассеяние
Форма энергетического спектра
Глава 3. Механизмы заброса протонов кольцевого тока в приэкваториальную область
Радиальная диффузия
Квазистационариое электрическое поле, КНЧ - ОНЧ волны и экваториальный
электроджет
Низкочастотные волны
Высокочастотные волны
Квазипостоянные электрические поля
Приэкваториальный электроджет
Двойная перезарядка
Заключение
Литература

Актуальность работы
Данная работа посвящена исследованию потоков протонов под радиационными поясами Земли (L<1.15). Исследование потоков заряженных частиц в глубине магнитосферы позволяет решать ряд фундаментальных задач, связанных с процессами, происходящими на границе зоны устойчивого захвата радиации, происхождением, захватом и ускорением частиц, их переносом вглубь магнитосферы.
Вскоре после открытия радиационных поясов Земли была развита теория формирования радиационных поясов (диффузионная теория Тверского Б.А.), которая прекрасно объяснила множество особенностей распределения потоков заряженных частиц в поясах, например, наличие максимума потоков протонов с энергией в десятки кэВ — несколько МэВ на L-3-4. Предсказания величины потока были весьма удовлетворительны, как в максимуме пояса, так и во внутренней его части. Теория предсказывала монотонное уменьшение потока протонов по мере уменьшения L, по мере приближения к Земле, которое действительно наблюдалось в эксперименте.
Однако, в конце 60-х - начале 70-х годов в эксперименте на борту ИСЗ AZUR, а позже и в других экспериментах было обнаружено, что в приэкваториальной области (L<1.15) на малых высотах (до ~1 ООО км) наблюдается возрастание потока протонов с указанными выше энергиями по сравнению с потоками на больших L. Такое возрастание не объясняется диффузионной теорией, и вскоре был предложен механизм явления, которое напрямую переносит протоны из радиационного пояса и кольцевого тока на малые L, так называемый механизм двойной перезарядки. Развитая теория предсказывала, что должна существовать зависимость потока протонов от уровня геомагнитной активности, что поток протонов вблизи геомагнитного экватора не должен зависеть от местного геомагнитного времени, высоты и L
В результате ранних наблюдений, выполненных в приэкваториальной области на L<1.15, были получены противоречивые результаты. Согласно одним из них, потоки протонов с указанной энергией уменьшаются с ростом геомагнитной активности, согласно другим - увеличиваются, что противоречит гипотезе о двойной перезарядке. Не была объяснена обнаруженная в некоторых экспериментах зависимость потока от местного геомагнитного времени, существовала неоднозначность в показателе спектра приэкваториальных протонов. Проведенные ранее эксперименты позволили получить

данные о потоках протонов в области Ь< 1.15 лишь в узких интервалах высот, отсутствовала полная картина распределения потоков протонов по высотам.
Общепринятая в настоящее время модель захваченной радиации АР8 учитывает потоки протонов с энергий до нескольких МэВ только на 1>1.15.
Для построения модели распределения потоков радиации во всем интервале значений [.-параметра необходимо знание распределения потоков протонов с энергией в десятки кэВ - несколько МэВ в приэкваториальной области (Ь<1.15). Для этого необходимо знать, как меняются потоки протонов с изменением уровня геомагнитной активности, необходимо выяснить особенности распределения потоков протонов в зависимости от местного времени, Ь, В, долготы и других параметров. Эти данные могут быть использованы для оценки поверхностной дозы радиации, которую получают космические аппараты при длительном полете.
Полученная в последние годы экспериментальная информация с ИСЗ «Иитеркосмос-24», «Университетский - Татьяна», орбитального комплекса «МИР» (НИИЯФ МГУ), а также с ИСЗ «ЫОАА ТИЮБ-М», «ИОЛА РОЕБ-П», «БАМРЕХ» позволила провести исследование указанных особенностей распределения потоков протонов с энергиями от десятков кэВ до нескольких МэВ на Ь<1.15. Объем этих данных позволил впервые провести исследование с высокой статистической точностью для всего интервала высот, где наблюдаются возрастания потока протонов в приэкваториальной области (до 1300 км).
Цель работы
Целью данной работы является изучение характеристик потоков протонов (с энергией от десятков кэВ до нескольких МэВ) на высотах до 1300 км в области геомагнитного экватора (Ь<1.15).
Задача работы
Задачей данной работы является сопоставление особенностей распределения потоков протонов с энергией от десятков кэВ до нескольких МэВ в приэкваториальной области и в кольцевом токе.

/Т

§ 20 И
АКПШНЫП Ер=30 кчВ
-180 -120 -60 0
Долгота

Рис. 32. Зависимость потока протонов с энергией 30 кэВ на Ь<1.10 от долготы по данным эксперимента 8РЕ-1 на борту ИСЗ АКТИВНЫЙ. Ошибка -среднеквадратичное отклонение среднего значения потока.