Нелинейные возмущения и сопровождающие их эффекты нагрева и ускорения частиц в лабораторной и космической плазме

• Автор: Кичигин, Геннадий Николаевич
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 234 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Список принятых обозначений
ВВЕДЕНИЕ
ЧАСТЬ I. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ, ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ПЛАЗМЕННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ БОЛЬШОЙ
АМПЛИТУДЫ
Введение
ГЛАВА’1. Описание экспериментальных установок и диагностических методик
1.1. Установка ”СОМБ”
1.2. Особенности энергетических спектров частиц в разреженной плазме
1.3. Зондовые методики измерения плазменных параметров
1.3.1. Основы зондовых измерений в потоке разреженной плазме
1.3.2. Измерение плазменного и плавающего потенциалов
1.3.3. Измерение уровня турбулентности плазмы с помощью ленгмюровских зондов
1.4. Метод пробного пучка для измерения турбулентных пульсаций в плазме
1.5 . Анализаторы энергетических спектров частиц
1.5.1. Дифференциальный анализатор ионной энергии на основе цилиндрического конденсатора
1.5.2. Электростатический энергоанализатор для измерения ионной функции распределения по продольным и поперечным скоростям
ГЛАВА 2. Моделирование обтекания быстродвижущего тела ионосферной плазмой и исследование процесса расширения плазмы в вакуум
2.1. Введение
2.2. Закономерности расширения плазмы в вакуум
2.3. Структура следа при обтекании пластинки сверхзвуковым потоком плазмы. Результаты расчетов и экспериментов
2.4. Обсуждение результатов и возможных приложений
ГЛАВА 3. Эксперименты по моделированию вторжения энергичных электронов в полярную ионосферу
3.1. Введение
3.2. Постановка эксперимента и методы диагностики
3.3. Результаты эксперимента, их обсуждение и выводы
ГЛАВА 4. Экспериментальные и теоретические исследования структуры фронта ламинарных и турбулентных бесстолкно-вительных ударных волн в незамагниченной плазме
4.1 . Введение
4.2. Квазиламинарные ударные волны
4.2.1. Теория ламинарных ударных волн, распространяющихся в бесстолкновительной незамагниченной плазме
4.2.1.1. Постановка задачи, основные уравнения
4.2.1.2. Методы численных расчетов
4.2.1.3. Результаты вычислений
4.2.2. Экспериментальные исследования ламинарных
ударных волн
4.2.2.1 Постановка эксперимента
4.2.2.2. Результаты эксперимента и их обсуждение

4.3. Солитон в двухпотоковой плазме
4.4. Турбулентные ударные волны
4.4.1. Постановка задачи
4.4.2. Установка и методы диагностики
4.4.3. Экспериментальные результаты
4.4.3.1. Макроскопические характеристики ударной волны
4.4.3.2. Анализ турбулентности в ударном фронте и возмущенной зоне
4.4.3.3. Исследование функции распределения ионов в турбулентной области
4.4.3.4. Обсуждение результатов
4.4.3.5. Заключение
ЧАСТЬ И. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА СЕРФОТРОННОГО УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ КАК НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОГО МЕХАНИЗМА ГЕНЕРАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ
Введение
ГЛАВА 5. Серфотронное ускорение заряженных частиц, захваченных в нелинейной периодической волне
5.1. Введение
5.2. Постановка задачи и основные уравнения
5.3. Случай волны с малой амплитудой потенциала ... 13(
5.3.1. Нерелятивистская стадия
5.3.2. Релятивистская стадия
5.4. Случай волны с большой амплитудой потенциала
5.5. Условия захвата частиц волной
5.6. Ускорение частиц в продольной плазменной волне 14;
5.6.1. Основные характеристики нелинейной плазменной волны

сопротивления не зависит от желания экспериментатора и задается параметрами плазмы (сопротивление можно определить из наклона зондовой характеристики в точке плавающего потенциала).
При некоторых параметрах плазмы (большая плотность - следовательно, малое сопротивление переходного слоя зонда - или
медленные изменения параметров плазмы) условие т5 -С выпол-
няется для легко достижимых значениях емкости измерительного прибора С ~ 10 пф (С >> С8).
В случаях, когда характерное время процесса было меньше реально достижимых для применяемой конструкции плавающего зонда постоянной времени (1; < т3) применялись конструктивно более сложные накаленные (эмиссионные) зонды. Этот зонд по сравнению с холодным имеет существенно меньшее (в 10--100 раз) сопротивление что позволяет улучшить временное разрешение потенциального зонда.
Эмиссионный зонд представляет собой небольшую спираль, которая при пропускании тока нагревается до температуры, достаточной для начала заметной электронной эмиссии. Положительный относительно плазменного потенциала накаленный зонд собирает электроны, как обычный холодный зонд, а отрицательно заряженный эмиссионный зонд испускает электроны. Если ток эмиссии зонда превышает ток насыщения электронов из плазмы, то сопротивление накаленного зонда при плавающем потенциале будет существенно меньше, чем холодного зонда.
Схема измерения импульсного потенциала эмиссионным зондом приведена на Рис.1.4, а конструкция зонда показана на Рис.1.5. Временное разрешение цепи зонда определяется величинами динамического сопротивления и паразитной емкостью С зонда на землю. В условиях нашего эксперимента для эмиссионного зонда
— ЮОкОм, характерное время изменения потенциала —1 мксек, поэтому С должно быть меньше Юпф. Для уменьшения паразитной емкости источник питания накала зонда на время измерений (1000 мксек), за которое эмиссионные способности зонда по инерции практически не терялись, отключался с помощью реле Р, помещенного в непосредственной близости с зондом. Это позволило получить