WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

В Главе 4 обсуждаются условия, в которых эффекты нерезонансной параметрической модуляции и рассеяния вистлеров, взаимодействующих с нестационарными и пространственно-неоднородными возмущениями магнитного поля, могут наблюдаться в околоземной плазме. Механизмы, исследованные в лабораторном эксперименте, достаточно универсальны, и приводят к развитию сходных процессов в различных частотных диапазонах. В частности, результаты, полученные при исследовании электронных вистлеров, могут применяться для объяснения эффектов, наблюдаемых в ионно-циклотронном диапазоне, которому в магнитосферных условиях соответствуют волны ультранизких частот (УНЧ).

В разделе 4.1 на базе результатов лабораторных экспериментов, выполненных с электронными вистлерами, предложен механизм амплитудно-частотной модуляции структурированных микропульсаций диапазона Pc1 («жемчужин»). Пульсации данного типа, возбуждаемые в магнитосфере Земли в форме ионно-циклотронных волн с частотами порядка 1 Гц, характеризуются квазипериодической модуляцией амплитуды и спектра с характерными временами порядка 50 – 300 с, и часто наблюдаются одновременно с низкочастотными МГД колебаниями соответствующего периода. Приведены экспериментальные данные и оценки, указывающие на то, что модуляция последовательностей Pc1 может быть обусловлена нерезонансной амплитудно-частотной модуляцией ионно-циклотронных волн интенсивными колебаниями магнитного поля диапазона Pc3–5. Если амплитудно-частотная модуляция пульсаций Pc1 связана с эффектами преобразования спектра излучения на магнитосферной трассе распространения сигнала, то по интервалам следования «жемчужин» можно определять период низкочастотных вариаций магнитного поля, а по ширине частотной полосы, в которой наблюдаются элементы Pc1 – их амплитуду. Таким образом, по сигналам в диапазоне Pc1 можно диагностировать пульсации Pc3–5, не регистрируемые на поверхности Земли.

Раздел 4.2 посвящен обсуждению эффектов нерезонансной модуляции электронных вистлеров нестационарными и пространственно неоднородными вариациями магнитного поля в магнитосфере Земли. Показано, в частности, что условия, необходимые для параметрической амплитудно-частотной модуляции излучения свистового диапазона, легко реализуются в различных областях магнитосферы, особенно в зоне переходного (турбулентного) слоя и в хвостовой части, где спутниками регистрируются всплески КНЧ–ОНЧ излучений, коррелирующие с нестационарными вариациями магнитного поля. Пространственно-неоднородные возмущения магнитного поля, в свою очередь, могут существенным образом модифицировать условия магнитосферного распространения вистлеров. Неоднородности магнитного поля и плотности плазмы, существующие в периферийных областях магнитосферы, могут играть для свистовых волн роль эффективных волноводных структур. В плазмосфере динамические неоднородности магнитного поля, формируемые возбуждаемыми во время магнитных бурь МГД колебаниями большой амплитуды, могут влиять на эффективность прохождения КНЧ–ОНЧ волн, возбуждаемых, в частности, молниевыми разрядами.

Выполненные в четвертой главе оценки различных безразмерных параметров (величины показателя преломления, отношения длины трассы распространения излучения к длине волны, пропорций частоты излучения, циклотронных и плазменных частот), характерных для магнитосферы и для лабораторных экспериментов на стенде «Крот», демонстрируют их соответствие, как качественное, так и количественное. Таким образом, проведенные эксперименты могут рассматриваться как моделирование процессов взаимодействия низкочастотных излучений с возмущениями магнитного поля, имеющих место в околоземной плазме.

Основные результаты и выводы:

  1. Экспериментально показано, что при распространении волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме нестационарность магнитного поля приводит к нерезонансным параметрическим эффектам, проявляющимся в частотной модуляции электромагнитного излучения. Установлено, что эффективность частотной модуляции свистовых волн возрастает в области аномальной дисперсии; при этом относительная девиация частоты может достигать значений порядка относительной амплитуды возмущения магнитного поля.
  2. Обнаружено два механизма амплитудной модуляции излучения, которые, при наличии в плазме нестационарных вариаций магнитного поля, приводят к формированию из непрерывных волн последовательностей отдельных волновых пакетов. Первый механизм представляет собой компрессию частотно-модулированных вистлеров из-за сильной дисперсии их групповой скорости, и приводит к формированию сжимающихся импульсов с понижающейся во времени частотой заполнения. Второй механизм, проявляющийся при высоких значениях индекса частотной модуляции, обусловлен возрастанием декремента затухания вистлеров с повышением частоты излучения.
  3. На базе результатов лабораторных экспериментов, выполненных с электронными вистлерами, предложен механизм модуляции магнитосферных ионно-циклотронных волн – структурированных пульсаций Pc1. В рамках модели модуляции ионно-циклотронных волн длиннопериодными гидромагнитными колебаниями классов Pc3–5 показано, что интенсивные нестационарные вариации геомагнитного поля приводят к нерезонансной частотной модуляции излучения на уровне, соответствующем наблюдаемым в магнитосферных условиях значениям. Предложен способ регистрации низкочастотных геомагнитных колебаний, не наблюдаемых на поверхности Земли, по амплитудно-частотным характеристикам структурированных пульсаций Pc1.
  4. Исследовано распространение волн свистового диапазона в плазме с пространственно-неоднородными возмущениями магнитного поля различных конфигураций. Показано, что неоднородности магнитного поля с размерами порядка длины свистовой волны вызывают дифракцию излучения, могут играть роли фокусирующих, либо дефокусирующих «линз». Установлено, что косые вистлеры фокусируются локализованными областями с увеличенным магнитным полем. Показано, что вытянутые неоднородности с продольным масштабом порядка нескольких длин волн существенно модифицируют пространственное распределение амплитуды волновых полей, и способствуют эффективной транспортировке излучения свистового диапазона вдоль магнитного поля.
  5. Изучен электродинамический способ управления эффективностью рамочной антенны, используемой для возбуждения и приема волн свистового диапазона, за счет модификации магнитного поля вблизи антенны. Предложен метод формирования локализованной неоднородности, заключающийся в пропускании по антенне, наряду с переменным током на рабочей частоте, постоянного тока. Показано, что при локальном увеличении магнитного поля мощность, передаваемая в плазму, может возрастать более чем на порядок за счет увеличения сопротивления излучения антенны.

Список публикаций автора по теме диссертации

  1. Костров А.В., Гущин М.Е., Стриковский А.В., Коробков С.В. Параметрическое преобразование спектра волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме: Препринт № 636 Института прикладной физики РАН. Н. Новгород, 2003. 16 с.
  2. Костров А.В., Гущин М.Е., Коробков С.В., Стриковский А.В. Параметрическое преобразование амплитуды и частоты свистовой волны в магнитоактивной плазме // Письма в ЖЭТФ. 2003. Т. 78, №9. с. 1026–1029.
  3. Гущин М.Е., Коробков С.В., Костров А.В., Стриковский А.В. Компрессия свистовых волн в плазме с нестационарным магнитным полем // ЖЭТФ. 2004. Т. 126, №5. с. 1023–1032.
  4. Гущин М.Е., Коробков С.В., Костров А.В., Стриковский А.В., Заборонкова Т.М. Распространение вистлеров в плазме с дактом магнитного поля // Письма в ЖЭТФ. 2005. Т. 81, №5. с. 274–277.
  5. Гущин М.Е., Заборонкова Т.М., Коробков С.В., Костров А.В., Стриковский А.В. Электродинамический способ управления излучением волн свистового диапазона частот рамочной антенной в магнитоактивной плазме // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, №15.
    с. 18–23.
  6. Коробков С.В., Гущин М.Е., Костров А.В., Стриковский А.В., Краффт К. Ближнее поле рамочной антенны в плазме в свистовом диапазоне частот // Физика плазмы. 2007. Т. 33, №2. с. 120–127.
  7. Гущин М.Е., Заборонкова Т.М., Коробков С.В., Костров А.В., Стриковский А.В., Шорохова Е.Ю. Излучение волн свистового диапазона частот рамочной антенной с током, формирующим неоднородность внешнего магнитного поля // Нелинейный мир. 2007, №7–8 (в печати).
  8. Guschin M.E., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovsky A.V. Interaction of Whistler Waves in Magnetized Plasma // Int. Conf. on Physics of Low Temperature Plasma (PLTP-03). Kyiv, Ukraine, 2003. p. 11-6-18.
  9. Guschin M.E., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovsky A.V. Whistler-wave frequency transformation in nonstationary magnetized plasma
    // Proc. 30th EPS conf. on controlled fusion and plasma physics. St. Petersburg, 2003. 27A. p. P-2.29.
  10. Gushchin M.E., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovskii A.V. Whistler wave compression in plasma with nonstationary magnetic field // VI Int. Suzdal Symposium ISS-04. Moscow, 2004. p. 68.
  11. Kostrov A., Gushchin M., Korobkov S., Strikovsky A. Whistler wave compression in nonstationary magnetized plasma // Proc. 12th Int. Congress on Plasma Physics. Nice, France, 2004; http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00003130/en/
  12. Гущин М.Е., Заборонкова Т.М., Коробков С.В., Костров А.В., Стриковский А.В. Распространение волн свистового диапазона частот в дактах магнитного поля // Тез. докл. XXXII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС. Звенигород, 2005. с. 244.
  13. Gushchin M.E., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovsky A.V., Zaboronkova T.M. Modeling of a whistler wave propagation in plasma with magnetic field duct // 8th Int. Workshop Interrelationship between Plasma Experiments in Laboratory and Space. Tromsoe, Norway, 2005. p. 91.
  14. Gushchin M.E., Korobkov S.V., Kostrov A.V., Strikovsky A.V. Nearfield of a current-carrying loop in magnetized plasmas // 11th Int. Conf.-School on Plasma Physics and Controlled Fusion. Alushta, 2006. p. 160.
  15. Gushchin M.E., Kostrov A.V., Strikovsky A.V., Korobkov S.V., Mochalov A.V., Yanin D.V. Whistler wave experiments on large “KROT” device
    // 2nd VERSIM Workshop. Sodankyla, Finland, 2006. p. 72.

Литература

  1. Sazhin S.S., Hayakawa M., Bullough K. // Ann. Geophys. 1992. 10. p. 293–308.
  2. Inan U.S., Bell T.F., Bortnik J., Albert J.M. // J. Geophys. Res. 2003. 108. p. SMP6.
  3. Demekhov A.G., Trakhtengerts V.Y., Mogilevsky M.M., Zelenyi L.M.
    // Adv. Sp. Res. 2003. 32. p. 355–374.
  4. Escoubet C.P., Schmidt R., Goldstein M.L. // Sp. Sci. Rev. 1997. 79. p. 11–32.
  5. Leneman D., Gekelman W., Maggs J. // Rev. Sci. Instrum. 2006. 77. p. 015108.
  6. Островский Л.А., Степанов Н.С. // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1971. 14. c. 489–529.

Михаил Евгеньевич Гущин

ЛАБОРАТОРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛН
СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ В ПЛАЗМЕ
С НЕСТАЦИОНАРНЫМ
И НЕОДНОРОДНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Автореферат

Подписано к печати 13.04.2007 г.
Формат 60 90 1/16. Бумага офсетная № 1.
Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ №47(2007)

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН,
603950 Н. Новгород, ул. Ульянова, 46

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»