WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

eu0 ncr k jcr = {k b + k b}, B0 k 2 + k(3) eu0 ncr e iB0 Pcr = {k b + k b}, c B0 k 2 + kгде B0 - постоянное магнитное поле, ncr - концентрация ускоренных частиц, k – волновой вектор, u0 - скорость ударной волны (направление скорости совпадает с направлением постоянного магнитного поля), b - возмущение крупномасштабного магнитного поля, - отношение длины пробега релятивистской частицы к ее гирорадиусу.

В параграфе 3.2 получено и исследовано дисперсионное соотношение для длинноволновых мод:

2 2 2 2 2 (2 - k 2va - ik B0W0){4 - (a0 + va )k22 + k 2k2vaa0 - ik B0[(2 - a0k 2)W3 + 2 2 2 +kk a0W4]}- k 2B0W1[(2 - k 2a0 )W2 - kk a0W5] = 0, (4) где коэффициенты W0 -W5 - функции волнового вектора и параметров фурье-образов тока и давления ускоренных частиц (3). Характерная угловая зависимость частот мод приведена на рис. 1. Здесь - угол между волновым вектором и постоянным магнитным полем. Показатель роста для наиболее быстро растущей моды имеет максимум при cos = 1/ Поэтому в режиме слабого рассеяния частиц (т.е. при безразмерном пробеге >> 1) наиболее быстро растущая мода распространяется почти поперек постоянного магнитного поля, в отличие от случая мелкомасштабных мод [18, 19], для которых максимум усиления соответствует распространению моды вдоль постоянного магнитного поля. Более того, длинноволновые моды растут только для одного направления распространения и затухают для противоположного.

Особый интерес представляет вопрос о генерации длинноволновых возмущений магнитного поля в окрестности сильных ударных волн оболочек остатков сверхновых волн. Наблюдения указывают на ударные волны оболочек как наиболее вероятный источник ультрарелятивистских частиц с энергиями достигающими 1014 эВ. Быстрое ускорение ультрарелятивистских частиц требует наличия длинноволновых магнитных флуктуаций в префронте ударной волны. Механизм неустойчивости магнитных флуктуаций может усиливать длинноволновые магнитные флуктуации. Поэтому в работе выполнен анализ показателя роста магнитных флуктуаций при характерных для ударных волн в остатках сверхновых звезд параметрах. Показано что время роста турбулентности меньше времени выноса магнитных флуктуаций из области неустойчивости, что позволяет получить необходимое усиление магнитных полей вблизи фронтов сильных ударных волн остатков сверхновых. Исследованы поляризации неустойчивых мод. Показано, что поляризации мод, связанных с быстрой нерезонансной токовой неустойчивостью, заметно отличаются от поляризаций стандартных МГД возмущений альвеновского типа, генерированных резонансными механизмами.

Эффекты ускорения частиц до релятивистских энергий и генерации магнитных полей наблюдаются в лабораторных экспериментах с лазерной плазмой. Некоторые процессы в лазерной плазме по физической природе сходны с процессами в остатках сверхновых звезд и других астрофизических объектах, содержащих ускоренные частицы. Исследования лазерной плазмы связанные с инерциальным синтезом [21, 22] активно ведутся с 1970-х гг. Другой широкой областью исследования является использование лазерной плазмы в качестве источника пучков ускоренных ионов (см. 23] и цитируемую там литературу). Экспериментальные и теоретические исследования лазерной плазмы позволяют моделировать (после соответствующего масштабирования) процессы, которые происходят в астрофизических объектах (см. например [24]). Потенциально важную роль могут также играть эксперименты, позволяющие проверить точность численных моделей плазмы с высокой плотностью энергии для дальнейшего их применения в астрофизической плазме. Последующие главы диссертации посвящены исследованию ряда аспектов диагностики лазерной плазмы, необходимых для установления точных параметров лазерной системы, таких как энергетическое распределение релятивистских электронов, величина амбиполярного поля, масштаб размытия границ плазменной мишени.

В главе 4 исследовано влияние эффектов размытия границ мишени и амбиполярного поля на переходное излучение электронов, ускоренных лазерным импульсом. Теория переходного излучения в лазерных мишенях разрабатывалась в работах [17, 25], но в этих работах не учитывалась возможность влияния размытия границ и амбиполярного поля на излучение.

В параграфе 4.2 (после вводного параграфа 4.1) приводится вывод основных уравнений, описывающих переходное излучение при произвольном пространственном изменении диэлектрической проницаемости мишени и произвольном изменении тока ускоренных частиц вдоль оси их распространения.

Рис.1. Дисперсное соотношение (угловые зависимости действительной и мнимой части безразмерной частоты) для длинноволновой неустойчивости при безразмерном пробеге ускоренных частиц = 1(слева) и =5 (справа) В параграфе 4.3 рассмотрено влияние размытия границы на спектр излучения. Спектры излучения при резкой задней границе фольги и при границе, размытой на определенном масштабе, приводятся на рис. 2. Энергия переходного излучения падает с увеличением масштаба размытия, то есть при увеличении плавности границы. Размытие границы существенно уменьшает энергию излучения, когда длина волны излучения становится меньше размытия границы, что приводит к уменьшению интенсивности более высоких по частоте излучения гармоник в спектре когерентного переходного излучения. Это позволяет по соотношению амплитуд гармоник в спектре излучения оценивать масштаб размытия границ мишени.

Рис.2. Вверху: Влияние размытия границы на спектр переходного излучения.

Пунктирная кривая соответствует резкой границе, жирная сплошная кривая – плавной границе, db =2.5 L – длина размытия, где L - длина волны лазерного излучения.

На врезке показана зависимость отношения амплитуд четвертой и второй гармоник как функция масштаба неоднородности границы.

Внизу: Влияние амбиполярного поля на спектр переходного излучения. Серая кривая соответствует нулевому полю, черная - полю с длиной торможения da =0.012 L.

На врезке показана зависимость отношения амплитуды четвертой гармоники к амплитуде второй от величины амбиполярного поля В параграфе 4.4 рассмотрено влияние амбиполярного поля на спектр когерентного переходного излучения (рис. 2). Энергия переходного излучения падает с увеличением напряженности амбиполярного поля, то есть при уменьшении длины торможения электронов после вылета из мишени.

Амбиполярное поле существенно уменьшает энергию излучения, когда длина волны излучения, деленная на ~2, становится больше длины торможения, что приводит к уменьшению интенсивности более низких по частоте излучения гармоник в спектре когерентного переходного излучения. Это позволяет предложить метод определения величины амбиполярного поля по наблюдаемому соотношению амплитуд гармоник в спектре излучения.

В главе 5 рассмотрен спектр излучения электронов, ускоренных лазерным импульсом, при выполнении условия Вавилова–Черенкова в мишени для быстрых электронов v () >, (5) c где - диэлектрическая проницаемость среды на частоте, v - скорость релятивистской частицы, с - скорость света. При выполнении условия (5) энергия излучения на несколько порядков превышает энергию излучения переходного излучения частиц, для которых данное условие не выполняется. При выполнении условия v () > +1, (6) c излучение Вавиловова–Черенкова претерпевает полное внутреннее отражение на задней границе мишени и не может выйти из мишени в вакуум.

Эффект полного внутреннего отражения при определенной зависимости диэлектрической проницаемости мишени от частоты излучения может быть использован для определения энергии излучающих электронов, ускоренных лазерным импульсом.

Спектры переходного излучения и излучения Вавилова-Черенкова приведены на рис. 3 для зависимости диэлектрической проницаемости от частоты 061- u.

(u) =1+, (7) 1- u2 + u где u = 0 = - частота, на которой диэлектрическая проницаемость, 0 равна 1, 0 = 200 нм. Такая зависимость характерна для сред вблизи собственных частот атомов, составляющих данные среды.

Рис.3. Энергия переходного излучения (серая кривая) и излучения Вавилова-Черенкова (черная кривая) на единицу длины волны В главе 6 рассмотрено тормозное излучение электронов, ускоренных лазерным импульсом, в слоистой мишени. Поскольку мишень состоит из слоев различной плотности, возникает когерентная составляющая тормозного рентгеновского излучения, которая при определенных условиях может превышать некогерентную. В работе рассчитан спектр излучения моноэнергичных частиц и спектр излучения ускоренных частиц, распределенных по показательному закону (рис. 4). Модельное распределение быстрых электронов по энергии e в лазерной мишени, полученное при помощи численного моделирования, может быть аппроксимировано в диапазоне от min = 1 МэВ до max = 30 МэВ как:

Neh e (8) f (e,t) = exp min e max e eh, eh exp ) ( (- eh )- exp(- eh ) где Neh = 25108, характерная энергия eh соответствует лоренц-фактору го.

рячих электронов eh = 20.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

I I0Neh, кэВ I I0Neh когерентное+некогерентное излучение, keB Рис..4. Спектры излучения электронов из мишени толщиной 5 мкм, ускоренных лазерным импульсом с интенсивностью 1020 Вт / см2.

Вверху: Спектр когерентного (сплошная кривая) и некогерентного (пунктирная кивая) жесткого излучения моноэнергичных электронов с лоренц-фактором = 60.

Внизу: Спектр суммарного (сплошная кривая) и некогерентного (пунктирная кривая) жесткого излучения, проинтегрированный по энергии с = 2 - Тепловой (Планковский) регион некогерентное излучение 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведено усреднение уравнений, описывающих магнитогидродинамическое поведение турбулентной плазмы в системе, содержащей электроны, тепловые и обладающие анизотропной функцией распределения по импульсу ускоренные ионы, и получены уравнения, позволяющие описывать динамику длинноволновых возмущений (с длинной волны больше пробега ускоренных частиц) в одножидкостной модели плазмы.

2. Проведен линейный анализ сильной длинноволновой неустойчивости одножидкостной плазмы с ускоренными частицами. Показано, что развитие такой неустойчивости вблизи фронта ударной волны в остатке сверхновой звезды может приводить к тому, что за время сноса турбулентности на фронт крупномасштабные магнитные поля в газе перед фронтом существенно вырастут, и это заметным образом повлияет на процессы ускорения частиц на фронте.

3. Проведено исследование переходного излучения электронов, ускоренных лазерным импульсом, при вылете из мишени. Показано, что размытие границы лазерной мишени приводит к уменьшению интенсивности высоких гармоник в спектре когерентного переходного излучения ускоренных лазерным импульсом электронов, и по соотношению амплитуд гармоник можно оценить масштаб неоднородности плотности плазмы. Показано, что торможение потока ускоренных электронов в амбиполярном электрическом поле приводит к уменьшению интенсивности низких гармоник в спектре когерентного переходного излучения этих электронов, и по соотношению амплитуд гармоник можно оценить напряженность амбиполярного поля.

4. Показано, что в спектре когерентного черенковского излучения ускоренных электронов в лазерных мишенях может возникать провал, связанный с полным внутренним отражением черенковского излучения в тонкой фольге. Этот эффект может быть использован для экспериментального определения энергии ускоренных электронов.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Быков А.М., Осипов С.М., Топтыгин И.Н. Длинноволновая МГДнеустойчивость в префронте бесстолкновительных ударных волн с ускоренными частицами // Письма в астрономический журнал, т. 35, № 7, с. 1-10, 2009. (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

2. Осипов С.М., Платонов К.Ю., Андреев А.А. Влияние амбиполярного поля и размытия границ мишени на переходное излучение быстрых электронов лазерной плазмы // Оптика и спектроскопия, т. 104, № 3, с. 385-393, 2008 (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

3. A.A. Andreev, K.Yu. Platonov, S.M. Osipov., Influence of the ambipolar field and the target boundaries inhomogeneity onto the transition radiation of fast electrons in laser plasma // Proc. of SPIE, Vol. 6614, 66140C, 2007 (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

4. Bocchino F., Krassilchtchikov A.M., Kretschmar P., Bykov A. M., Uvarov Yu. A., Osipov S.M., INTEGRAL observations of the SNR IC443 region // Advances in Space Research 41, p. 396-400, 2008. (обработка данных, анализ результатов и подготовка статьи к публикации).

5. Bykov A., Osipov S., Toptygin I., Long-wavelength non-resonant instabilities in cosmic ray shock precursors // 37th COSPAR Scientific Assembly.

Held 13-20 July 2008, in Montreal, Canada., p.428, 2008. (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

6. Bocchino F., Krassilchtchikov A.M., Kretschmar P., Bykov A.M., Uvarov Yu.A., Osipov S.M., INTEGRAL observations of the region of the supernova remnant IC443 // 36th COSPAR Scientific Assembly. Held 16 - 23 July 2006, in Beijing, China, 2006. (обработка данных, анализ результатов и подготовка статьи к публикации).

7. С.М. Осипов, К.Ю. Платонов, Переходное излучение быстрых электронов лазерной плазмы в тонких фольгах с учетом амбиполярного поля и размытия границы фольги // «Laser Optics 2006», LO’2006, June 30 – July 3, St.-Petersburg, Russia, 2006 (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

8. S.M. Osipov, K.Yu. Platonov, A.A. Andreev Coherent X-ray bremsstrahlung of laser plasma fast electrons from layer target // «Laser Optics 2008», LO’2008, June 30 – July 3, St.-Petersburg, Russia, 2008 (участие в постановке задачи, проведение теоретических и численных расчетов, анализ результатов, подготовка статьи к публикации).

Список литературы [1] Гинзбург В.Л., Догель В.А., УФН, т. 158, № 1, с. 3-56 (1989) [2] Быков A.M.,Топтыгин И.Н., УФН, т. 177, № 2, с. 149-182 (2007) [3] Bykov A.M., Dolag K., Durret F., Space Science Reviews, v. 134, p. 119140 (2008) [4] Reynolds S.P., Annual Review of Astronomy and Astrophysics, v. 49, p. 89126 (2008) [5] Meszaros P., Reports on Progress in Physics, vol. 69, p. 2259-2321 (2006) [6] Ryu D., Kang H., Cho J., Das S., Science, v. 320, p. 909 (2008) [7] Koyama K., Kinugasa K., Matsuzaki K., et al., Publ. of the Astronomical Society of Japan, v. 49, p. L7-L11 (1997) [8] Slane P., Gaensler B.M., Dame T.M., et al., Astrophysical Journal, v. 525, p.

Pages:     | 1 || 3 |






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