Динамические модели процессов распространения потоков заряженных частиц в космической плазме

• Автор: Колесников, Евгений Константинович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 481 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ ДИНАМИКИ РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА (РЭП), РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ В РАЗРЕЖЕННОЙ ГАЗОПЛАЗМЕННОЙ СРЕДЕ
1.1. Кинетическая постановка задачи о эволюции РЭП в процессе транспортировки в космической плазме
1.2. Параксиальное приближение. Разделение задач о продольном и поперечном движении частицы пучка
1.3. Кинетическое уравнение для функции распределения частиц сегмента параксиального пучка, расространяющегося в рассеивающей газоплазменной среде
1.4. Уравнения переноса
1.5. Уравнение вириала. Интеграл среднего обобщенного углового момента. Условие динамического равновесия
1.6. Уравнение для среднеквадратичного радиуса сегмента пучка.
1.7. Уравнение огибающей пучка с автомодельным профилем плотности
1.7.1. Уравнение для среднеквадратичного эмиттанса в случае автомодельного профиля плотности пучка
1.7.2. Уравнение огибающей пучка без учета рассеяния на фоновом газе
1.7.3. Уравнение огибающей пучка с учетом рассеяния
2. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ, РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ В КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ БЕЗ РАССЕЯНИЯ
2.1. Динамика осесимметричного РЭП малой плотности, распространяющегося в космической плазме продольно геомагнитному полю

*“?о
I А,

2.2. Поперечная динамика РЭП большой плотности, распространяющегося в космической плазме продольно геомагнитному полю
2.3. Динамика плотного электронного пучка , инжектируемого в космическую плазму поперек геомагнитного поля
2.3.1. Поперечная динамика пучка в различных режимах транспортировки
2.3.2. Некоторые результаты численного расчета динамики слаборелятивистского электронного пучка, инжектируемого
в ионосферу поперек геомагнитного поля
2.4. Динамика головной части осесимметричного стабилизированного РЭП, распространяющегося в верхней атмосфере по искусственному плазменному каналу
ДИНАМКА РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ В КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ПРОДОЛЬНО ГЕОМАГНИТНОМУ ПОЛЮ С УЧЕТОМ РАССЕЯНИЯ НА НЕЙТРАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЕ АТМОСФЕРНОГО ГАЗА
3.1. Основные особенности радиальной динамики осесимметричного РЭП в рассеивающей газоплазменной среде верхней атмосферы
3.2. Квазиравновесная эволюция пучка , распространяющегося в космической плазме продольно геомагнитному полю с учетом рассеяния на фоновом газе
3.2.1. Уравнение для среднеквадратичного радиуса квазиравно-весного пучка
3.2.2. Метод Н- функций Больцмана. Интегральная формулировка задачи об асимптотическом распределении частиц поперечного сегмента квазиравновесного пучка
3.2.3. Минимизация функционала нт

3.2.4. Минимизация функционала - ! >

3.2.5. Асимптотическое распределение частиц поперечного сег-
мента квазиравновесного пучка
4 . ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ
ПОЛЕ, ИНДУЦИРУЕМОМ В ОКРЕСТНОСТИ ТЕЛА-ИНЖЕКТОРА
4.1. Вводные замечания. Основные предполжения
4.2. Система уравнений Власова-Пуассона для определения элект-
рического поля в окрестности сферического тела-инжектора, покоящегося в беестолкновительной плазме.Общее уравнение для электрического потенциала самосогласованного электрического поля в зоне возмущения
4.3. Структура зоны возмущения.Уравнения для потенциала поля
в зонах квазинейтральности и двойного слоя
4.4. Уравнение для потенциала поля в области пространственного заряда
4.5. Уравнения динамики параксиального электронного пучка в продольном неоднородном внешнем электрическом поле
4.6. Динамика стационарного релятивистского электронного пучка в окрестности сферической экранной системы компенсации уносимого пучком электрического заряда
5. НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ РАЗРЕШИМОСТИ ЗАДАЧИ БАЛЛИСТИКИ УЛЬТРАРЕ-
ЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В МАГШТНОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ'
5.1. Постановка баллистической задачи.Дипольная модель геомагнитного поля. Основные качественные свойства движения заряженной частицы в поле магнитного диполя
5.1.1. Постановка задачи баллистики ультрарелятивистского параксиального электронного пучка в магнитном поле Земли
- 35~-
ПЭВМ 1ВМ РС алгоритм численного решения задачи о поперечной динамике РЭП в этом режиме транспортировки. В качестве примера приведены результаты расчета поперечной динамики слаборелятивистского пучка в условиях проведения натурного эксперимента "Фокус" [601.
В п.2.4 рассмотрена задача о радиальной эволюции головной части стабилизированного РЭП большой плотности в процессе транспортировки в верхней атмосфере по искуственному плазменному каналу, обусловленной эмиттансной эрозией пучка. Физическим механизмом эмиттансной эрозии является запаздывание частичной компенсации пространственного заряда в голоеной части пучка, связанное с конечностью времени вытеснения электронов плазмы из области пучка электрическим полем его пространственного заряда. Сформулирована система уравнений в частных производных, описывающих процесс эмиттансной эрозии РЭП в случае гауссовых радиальных профилей плотности электронов пучка,а также электронов и ионов канала.Плазма канала предполагается холодной,а ионы канала - неподвижными. В отличие от известной модели эмиттансной эрозии РЭП со ступенчатым временным профилем тока [611 рассмотрен случай РЭП с конечной длительностью нарастания тока на переднем фронте пучка. Для численного решения системы уравнений эмиттансной эрозии использован разностный метод , реализованный в расчетной программе для ПЭВМ 1ВМ РС.На основе численных расчетов определены особенности временной динамики фронта эмиттансной эрозии РЭП.
В Главе 3 рассмотрена задача о поперечной динамике осесимметричного параксиального РЭП, распространяющегося в космической плазме продольно геомагнитному полю, в условиях, когда существенное влияние на эволюцию РЭП оказывает рассеяние электронов пучка в столкновениях с нейтральными частицами атмосферного газа. Поте-