Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Современные теоретические исследования физики плазмы предполагают сопоставление результатов с весьма высокоразвитым экспериментом; это справедливо по отношению как к лабораторной, так и к космической плазме. Большая часть простейших эффектов известна, поэтому актуальным является рассмотрение достаточно сложных процессов. Среди причин, обусловливающих сложность поведения плазменных систем, можно выделить, в частности, следующие: (1) многокомпонентность плазмы (сложный ионный состав, различие в поведении разных энергетических компонент, влияние нейтральной составляющей); (2) сложная пространственно-временная картина внешних условий (геометрия, источники и стоки частиц и волн); (3) нелинейная динамика открытых (неконсервативных) систем, которая может порождать сложные режимы даже при относительно простых внешних условиях. Многообразие этих факторов порождает большой набор важных нерешенных задач в таких классических областях, как ускорение частиц и динамика неустойчивостей в плазме.
Среди них можно отметить задачи о нестационарных процессах ускорения в присутствии столкновений и других потерь. Ситуации, когда влияние ускоряющего поля и потерь сопоставимы друг с другом, достаточно типичны, и некоторые из них хорошо изучены (убегание электронов в электрическом поле, аномальное сопротивление при иошю-звуковой неустойчивости). Последнее пока нельзя сказать о нестационарных ускорительных процессах, таких как адиабатическое и неадиабатическое магнитное сжатие или импульсное пересоединение. Часть диссертации посвящена исследованию эволюции функции распределения частиц при адиабатическом магнитном сжатии с учетом столкновений. Другой достаточно широкий круг проблем связан с влиянием накачки и диссипации энергии на характер развития плазменных неустойчивостей. В диссертации рассмотрен ряд задач
из этого круга. Все названные физические процессы во многом определяют эволюцию частиц и волн в магнитосферах Земли и планет, на Солнце и в лабораторных установках. В частности, они играют большую роль в формировании энергобаланса Земли; эта проблема интенсивно исследуется в настоящее время.
Таким образом, задачи, рассмотренные в диссертации, являются важными и актуальными.
Цель работы: (1) исследование ускорения частиц при адиабатическом магнитном сжатии с. учетом столкновений; (2) исследование общих закономерностей и конкретных проявлений влияния источников и стоков частиц и волн на развитие плазменных неустойчивостей
Научная новизна диссертационной работы. (1) Рассмотрены особенности одного из классических ускорительных механизмов в плазме, адиабатического магнитного сжатия, в присутствии столкновений. Для этой задачи использ.ована физическая и формальная аналогия с известным эффектом убегания электронов в электрическом поле, найдены аналитические и численные решения соответствующего кинетического уравнения. (2) Найдены некоторые общие закономерности формирования квазистационарных и импульсных режимов кинетических плазменных неустойчивостей в квазилинейной теории при наличии источников и стоков частиц и волн. Показано, что одномерная квазилинейная релаксация сводится к установлению равновесного состояния, тогда как нарушение одномерного приближения создает условия для формирования автоколебаний при постоянном источнике частиц и линейном затухании волн. (3) Изучены характеристики ряда конкретных явлений в космической и лабораторной плазме, связанных с развитием циклотронной неустойчивости (ЦІЇ) в магнитных ловушках. На основе самосогласованной теории ЦН дано количественное объяснение параметров пульсирую-
щих пятен в полярных сияниях, закономерностей формирования асимметричного кольцевого тока в магнитосфере Земли, предложена интерпретация импульсной генерации свистового излучения, наблюдавшейся в лабораторных плазменных магнитных ловушках.
Основные работы по теме диссертации выполнены в период с 1986 по 1994 г.
Научная и практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы и используются при планировании и анализе экспериментов по исследованию закономерностей развития геомагнитных бурь, динамики радиационных поясов Земли, формирования возмущений в авроральной ионосфере. Они могут найти применение в изучении солнечной активности, магнитосфер планет, в проработке возможных методов управления параметрами электромагнитного излучения в лабораторных установках.
Апробация работы. Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 статей в научных журналах и сборнике, 4 статьи в трудах конференций, 1 препринт, 11 тезисов докладов.
Изложенные в диссертации результаты обсуждались на семинарах в ИПФ РАН, ИКИ РАН, в университете штата Миннесота (США). Эти материалы докладывались на Школе-семинаре «Ионосферные проявления солнечного ветра» (Прага, 1988), Всесоюзном совещании «Математические модели ближнего космоса» (Москва, 1988), V Международном симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Самарканд, 1989), Всесоюзном совещании по ВЧ нагреву плазмы (Киев, 1990), Международной конференции по физике плазмы (Пихль, Австрия, 1992, 1993),. Ген. Ассамблее Европейского геофизического общества (Эдинбург, Шотландия, 1992; Висбаден, ФРГ, 1993), Международной конференции по физике плазмы Солнечной системы (Иосемит-ский Нац. парк, США, 1993), Международной конференции по пространственно-временному анализу в исследовании плазменной
турбулентности (Осуа, Франция, 1993), Международной летней школе ио физике космической плазмы (Н.Новгород, 1993), XXIV Ген. Ассамблее УРСИ (Киото, Япония, 1993), 30-й Ассамблее КОСПАР (Гамбург, ФРГ, 1994).
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем работы — 153 страницы, рисунков — 26, таблиц — 1, библиография —- 130 наименований.
