О взаимодействии потоков заряженных частиц с волновыми возмущениями в околоземном пространстве

• Автор: Мизонова, Вера Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 108 с. : ил

АННОТАЦИЯ
Рассмотрен вопрос о взаимодействии потоков заряженных частиц с волновыми возмущениями в околоземном пространстве. Исследованы закономерности рассеяния потоков энергичных электронов основными типами существенно замедленных электромагнитных возмущений в плотной магнитоактивной плазме. Проанализирована зависимость коэффициентов диффузии частиц в пространстве скоростей от углового спектра волн на примере сопоставления результатов при изотропной и одномерной спектральных плотностях волновой энергии.
Изучена задача о разлете облака энергичных электронов в плазме без магнитного поля с ленгмюровской турбулентностью. Получены решения уравнений для функции распределения частиц как при заданном спектре плазменной турбулентности, так и при самосогласованном режиме разлета.
Исследована задача о формировании потоков заряженных частиц уединенными электростатическими структурами в сильно турбулентной околоземной плазме. Показано, что области с сильной плазменной турбулентностью могут играть роль гигантского ускорителя заряженных частиц. Ионные и электронные потоки могут ускоряться до сравнимых энергий. При этом поперечная в пространстве скоростей диффузия более эффективна для ионов, что приводит к изотропизации ионных потоков; распределения электронов близки к одномерным вдоль магнитного поля. Показано, что сильная плазменная турбулентность может формировать пучки частиц с выделенными энергиями.
Рассмотрен один из каналов влияния акустико-гравитационных волн инфразвукового диапазона на режимы ОНЧ-излучений в электронных радиационных поясах. Оценены величины обусловленных действием инфразвука последовательных возмущений концентрации примеси заряженных частиц в ионосфере, коэффициента отражения свистовых волн от ионосферы сверху и декремента затухания свистовых волн в магни-
тосферном резонаторе. Характерные периоды этих возмущений соответствуют периодам модуляции наблюдаемых ОНЧ-излучений и составляют 20-150с.
Полученные в диссертации результаты полезны для объяснения свойств экспериментально наблюдаемых потоков заряженных частиц в турбулентной околоземной плазме и происхождения ускоренных потоков заряженных частиц в околоземной плазме с продольными вдоль магнитного поля токами: в высокоширотных областях планетных магнитосфер, в бессиловых конфигурациях солнечной короны, в солнечном ветре. Результаты анализа корреляции между атмосферными акустикогравитационными волнами и квазипериодическими излучениями свистового диапазона в зоне электронных радиационных поясов полезны для диагностики явлений, сопровождающихся генерацией АГВ в атмосфере.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. КОЭФФИЦИЕНТЫ ДИФФУЗИИ В ПРОСТРАНСТВЕ СКОРОСТЕЙ ПРИ ИЗОТРОПНОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ЭНЕРГИИ ВОЛН
1.1. Исходные уравнения
1.2. Общее выражение для спектральной плотности
мощности излучения
1.3. Результаты расчета коэффициентов диффузии
для основных типов плазменных возмущений
1.3.1. Взаимодействие электронов с быстрыми
магнитозвуковыми волнами
1.3.2. Взаимодействие электронов с альвеновскими волнами
1.3.3. Рассеяние электронов свистовыми волнами
1.3.4. Взаимодействие электронов с низкочастотными электростатическими колебаниями
1.4. Обсуждение. Качественное сопоставление результатов расчета коэффициентов диффузии при рассеянии
электронов изотропной и одномерной турбулентностью
1.5. Основные результаты главы
Глава 2. СЛАБОАНИЗОТРОПНЫЕ ПОТОКИ ЭНЕРГИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В ТУРБУЛЕНТНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ
2.1. Исходные уравнения
2.2. Рассеяние потоков частиц заданной плазменной турбулентностью
2.3. Самосогласованный турбулентный разлет облака энергичных частиц
2.4. Обсуждение

и Д^ц) соответствующие рассеянию частиц на распространяющихся в направлении магнитного поля волнах (у — ±1)
где знаки + и — соответствуют альвеновской и быстрой магнитозвуковой ветвям дисперсионного уравнения. Согласно формулам (1.21) для рассмотренных выше основных типов плазменных возмущений коэффициенты диффузии частиц рассеиваемого потока определяются выражениями
отвечающими следующей спектральной плотности энергии волн
Анализ выражений (1.22) показывает, что распространяющиеся вдоль магнитного поля волны, во-первых, рассеивают лишь частицы с достаточно большими продольными скоростями. Вследствие этого при малых значениях плазма оказывается "прозрачной"для распространяющихся в ней потоков быстрых частиц. Во-вторых, при этом с волнами взаимодействуют лишь частицы из узкого интервала продольных скоростей | нц |~ о)в/к*- Учет неодномерности спектра плазменных колебаний существенно расширяет рассматриваемую область взаимодействия частиц и волн, и прежде всего понижается энергетический порог
| ^\min [ ^Вг/Аг-
{-2шр - к2с2шв/шВ{± (1-21)
±^(2си% + к1с2шв/швг)2 - 4(£*с2 +о^)2|,

(1.22)
(1.23)