Численное моделирование высокоэнергетических электроразрядных процессов в грозовой атмосфере

• Автор: Бочков, Евгений Иванович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 173 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГРОЗОВОЙ АТМОСФЕРЕ

1.1 Измерения усиления потоков проникающего излучения в грозовой атмосфере

1.1.1 Наземные эксперименты по регистрации электромагнитных излучений в грозовых условиях

1.1.2 Измерения усиления рентгеновского излучения внутри грозовых облаков

1.1.3 Регистрация гамма-излучения со спутников

1.1.4 Усиление потока нейтронов в грозовой атмосфере

1.2 Узкие биполярные импульсы электромагнитного излучения

1.3 Высотные оптические явления над грозовыми облаками

1.4 Механизм пробоя на убегающих электронах
1.5 Заключение к главе 1
2. МЕТОДИКИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КИНЕТИКИ

РЕЛЯТИВИСТСКИХ УБЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОНОВ
2.1 Введение к главе 2
2.2 Диффузионно-дрейфовое уравнение для убегающих электронов
2.2.1 Описание программы Монте-Карло численного моделирования транспорта убегающих электронов
2.2.2 Параметры лавины релятивистских убегающих электронов в однородном электрическом поле
2.3 Система групповых гидродинамических уравнений, описывающих кинетику убегающих электронов
2.4 Выводы по главе 2 6 В

3. ИСТОЧНИК УБЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОНОВ,
ИНИЦИИРУЕМЫЙ ВТОРИЧНЫМ КОСМИЧЕСКИМ 70 ИЗЛУЧЕНИЕМ
ЗЛ Модель ядерно-каскадного процесса в атмосфере
3.2 Краткое описание расчетной схемы прохождения космического излучения через атмосферу Земли
3.3 Расчет скорости генерации в атмосфере релятивистских

убегающих электронов под действием космического излучения
3.4 Выводы по главе 3
4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА
ИНИЦИИРОВАНИЯ МОЛНИИ НА ОСНОВЕ РАЗВИТИЯ

ЛАВИН РЕЛЯТИВИСТСКИХ УБЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОНОВ, ИНИЦИИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ.
4.1 Математическая постановка задачи о развитии атмосферного разряда, развивающегося в режиме генерации лавин
релятивистских убегающих электронов
4.2 Анализ механизма инициирования молнии широким атмосферным ливнем космических частиц
4.3 Анализ механизма инициирования молнии фоновым космическим излучением
4.4 Выводы по главе 4
5. АНАЛИЗ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В

ГРОЗОВОЙ АТМОСФЕРЕ
5.1 Источник продолжительных вспышек гамма-излучения высоких энергий, зарегистрированных в грозовой атмосфере на 109 побережье Японского моря
5.1.1 Постановка задачи о численном моделировании гамма-

вспышек
5.1.2 Сопоставление результатов расчетов с экспериментом
5.2 Численное моделирование атмосферных вспышек нейтронов
коррелированных с грозовой активностью
5.2.1 Моделирование транспорта нейтронов
5.2.2 Результаты расчета транспорта нейтронов и их анализ
5.3 Импульсы электромагнитного излучения, генерируемые в грозовой атмосфере разрядами с участием лавин релятивистских 130 убегающих электронов
5.3.1 Математическая формулировка задачи
5.3.2 Результаты расчетов. Сравнение с экспериментальными данными
5.4 Численное моделирование люминесценции гало спрайтов
5.4.1 Модель оптического излучения
5.4.2 Результаты расчетов светимости гало спрайтов
5.5 Выводы по главе 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников

относительно оси разряда. Моделирование транспорта фотонов в атмосфере от источника излучения до расположенного на спутнике детектора велось методом МК по программе ЭЛИЗА [79]. Выполнены расчеты прохождения гамма-излучения, источником которого являются электроны ЛРУЭ, через атмосферу с учетом рассеяния на молекулах воздуха. Получены зависимости удельного тока фотонов через поверхность полусферы радиусом 500 км, близким к радиусу орбиты ИСЗ, на которых размещались детекторы [21,23], и углового распределения фотонов для различных высот источника. Сравнение эксперимента и расчета для средней энергии регистрируемых фотонов привело к выводу, что высота источника ниже 20 км, наиболее вероятной представляется оценка 12,5 км. Анализ энергетического распределения фотонов показал, что наилучшее согласие с экспериментом достигается для высот источника 15-20 км.
Хотя можно считать надежно установленным фактом, что ТвР есть результат тормозного излучения электронов высоких энергий, механизм их генерации остается неясным. Существует несколько гипотез: источником затравочных УЭ может быть фоновое космическое излучение (ФКИ) или ШАЛ, УЭ генерируются в результате ускорения тепловых электронов в сильных электрических в канале лидера молнии (или в головке стримеров), и, наконец, генерация ЛРУЭ может происходить в результате релятивистской обратной связи КРВ.
Имеются экспериментальные свидетельства связи между процессами инициирования молнии и генерации УЭ высоких энергий в грозовой атмосфере. Так, во время удара молнии внутри грозовых облаков зарегистрированы поля с напряженностью, близкой к пороговой величине, при которой в воздухе теоретически возможно развитие ЛРУЭ [93]. Кроме того, как отмечалось в разделе 1.1.2, внутри грозовых облаков зарегистрировано усиление рентгеновского излучения, которое прекращалось одновременно с началом разряда молнии (см. рисунок 1.2).