Введение к работе
Актуальность темы: Взаимодействие плазменных потоков с замагниченной плазмой является одной из фундаментальных проблем физики магнитосферы Земли, астрофизики и физики лабораторной шгззкы. Нзбеганке солнечного ветра и проникновение плазменных облаков внутрь земной магнитосферы дает пример такого взаимодействия. Исследование механизмов взаимодеи-ствия ионных пучков с замагниченной плазмой важно и в связи с изучением возмущзнх:.: магнитосферы, создаваемых плазменными деигателями коррешг,;: космических аппаратсз.
Управляемые а:ггиввке хосмитесккз эксперименты с инкекцией искусственных пучков в околозе:.шой плазме лишены недостатков исследопания плазменных, струй в лабораторных установках, поровдзсмых пространственной их ограниченностью. В то ш время, при кажзкщи пучков удаётся ставить эксперименты с контролируемыми параметрами.
Нз менее вгяными и актуальными являются имитации и иници-ировзгше возмущений в ионосфере и магнитосфере для решения ряда ключевых проблем физики околоземного пространства, таких, например, кзк механизмы магшггосфэрных суббурь.
Деполяризация плазкенных пучков Фоноенми электронными потоками оказалась существенным механизмом, определяющим динамику инкзктируеиых плазменных струи. Эта деполяризация < механизм " короткого замыкания " ), требовала детального зкспери-кэнтального и теоретического исследования.
Перечисленный круг вопросов определяет актуальность поставленной в диссертации задачи.
Цель работы заключается в комплексном экспериментальном и теоретическом исследовании процессов, сопровождающих искусственную кешїсцко квазинэйтрадъЕЫХ плазменных пучков в замэгни-ченную исносфзрнуд плзгму, и в построении модели электродинамической структуры возмуз^ения в-ионосфере.
Степень норизеы. Б диссертацисннсі работе были получены
_4-
(іледуіощкз ноеыэ результаты, которые выносятся на защиту.
-
Преддошн механизм образования поляризационных зарядов на границах неоднородного конусоог,рззного пучка , изменения функции распределения электронов, инжектированных в плазменном пучке, и показано, что продасс генерации электрических полег определяется энергией ионов пучка и эффективно контролируется слабой фоновой плазмон.
-
Впервые экспериментально зарегистрировано одновременное возбуждение двух нижнегибридаых волн при инжекции пучка тяжелых ионов. Показано, что этот пучково - плазменный эффект ( при недостаточно высокой исходной концентрации ионосферной плазмы ) обусловлен существенным повышением концентрации фоновой плазмы механизмом аномальной ионизации, сопровождающим инаекцгао.
3. Впервые обнаружено локальное ослабление потоков
субрелятивистских электронов в экспериментах " КОЖИ " с
инаекпиеа плазменных пучков. Показано, что ослабление
электронных потоков, вплоть до полного "запирания", является
результатом смещения магнитных зеркальных точек магнитными
полями, генерируемыми возникающей при инжекции токовой
системой.
4. В двух комплексных ракетно-спутниковых.экспериментах на
диагностическом спутнике "КОСМОС-І809" обнаружено усиление
модулированных частотой инжекции пучка электромагнитных
компонент ОНЧ волн. Показано, что эти колебания на частотах
140 и 450 Гц являются косыми ионно-циклотронными волнами,
возбуждаемыми пучком, инжектированным на высоте 160-235 км. в
районе Бразильской магнитной аномалии.
Степень достоверности. Достоверность подученных экспериментальных результатов определяется, с одной стороны, тем, что они получены на основе анализа независимых разнородных измерений и их повторяемостью , с другой - они подкрепляются детальным сопоставлением с теоретическими представлениями возникновения подобного рода явлений. Например, одновременное наблюдение при инжекции плазменных пучков двух еолн с частотами, несколько превышающими резонансные нижнегибридные многокомпонентной фоновой плазмы и ионов инжектируемого пучка, было впоследствии подтверждено в работах других авторов при
проведении инжекциа пучков с борта " ШАТЛ ".
На зашиту выносятся следующие основные положения.
1. Механизм образования электрического поля поляризации и роль
эффекта "короткого замыкания" поляризационных полей токами
слабой фоновой плазмы в динамике плазменных потоков, что
подтверждается результатами зксперкгонтов с инхіекцкзй
плазменных пучков.
2. Обнаруженные; в экспериментах серии "КОЖИ" (с квазипро-
дользой кнжекцкеа плотных плазменных пучков):
интенсивные нижнегибридныв колебания плазмы в ионосфере;
потоки сверхтзпловых электронов в зоне ИЕЖеЩИИ;
аномалии радиоэха инжектируемых пучков
являются следствием плазменных процессов в зота токов "короткого замыкания*".
3. Обнаруженное в гдепвримзнтах с инвекцкей плазменных пучков
локальное ослабление потоков субрелятивистских электронов
объясняется смещением их магпитных зеркальных точек к зква-
торизльной плоскости силовой трубки магнитными полями
токов, генерируемых при инжекции.
Личное участке автора в получении научных результатов,
изложенных в диссертации.
Есе научные результаты, положенные в основу диссертации, получены автором либо самостоятельно, либо при его непосредственном участии. Из работ, в которых он участвовал в качестве соавтора, в диссертацию вошли только те результаты, в получении которых автор принимал непосредственное творческое участие на всех этапах работы.
Научная и практическая значимость рзботы. В работе представлены результаты решения актуальной научной задачи: исследование околоземного космического пространства методом активного эксперимента с ияжекциеа плазменных пучков.Показано, что слабая фоновая плазма играет существенную роль в динамике, плазменных струй. Полученное экспериментальное подтверздение ключевой роли механизма " короткого закыкания " имеет принципиально важное значение как для динамики плазменных струй, так и для корректного определения измеряемых электрических ПОЛЭЙ.
ИсслэдоваЕные эффекты взаимодействия плазменных потоков с ионосферой позволили сделать вывода о возможной реализации механизма аномальной ионизации, что важно не только в космической физике, но и в лабораторных установках.
Результаты работы могут быть использованы при анализе экспериментальных данных других активных экспериментов, как, например, " АПЭКС " и " КРРЕС ", а также при интерпритации естественных явлений в приземной плазме.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 6-ом Европейском симпозиуме по явлениям в ионизованных газах (Минск, 1981), 5-ом Международном симпозиуме по физике ионосферы и магнитосферы (Львов, 1983), Международном симпозиуме "Модификация ионосферы мощным радиоизлучением" (Суздаль, 1886), Всесоюзной конференции по физике авроральноа ионосферы (Мурманск, 1979), 16-я Всесоюзная конференция по распространению радиоволн (Харьков, 1930), 26, 27 и 28 пленарных заседаниях НОСПАР (Тулуза, 1988; Хельсинки, 1988; Гаага, 1990), а такие на научных конференциях и семинарах ИЗМИРАН.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Она содержит страниц машинописного текста, включая рисунков, и список литературы из наименовании.