Введение к работе
Актуальность работы.
Вопросам исследования поглощения и распространения различных типов электромагнитных волн как в однородной, так и в неоднородной плазме посвящено значительное число работ. Интерес к данной тематике связан-с решением как прикладных, так и фундаментальных проблем физики плазмы. Среди приложений следует, в первую очередь, выделить задачи поддержания стационарного электрического тока и высокочастотного нагрева плазмы в термоядерных установках, за счет поглощения мощности электромагнитных волн в областях локальных резонансов. Важную роль играет явления в областях локальных резонансов й в процессах, происходящих в космической плазме: нагреве различных областей Ылнца, распространении и поглощении различных типов волн в магнитосфере Земли. На затухание .волны накачки в высокотемпературной плазме и в перераспределении энергии между ее компонентами существенное влияние оказывает столкновения между частицами. В неоднородной плазме кулоновские столкновения могут приводить как к затуханию, так и. к нарастанию некоторых типов волн.
Дальнейший прогресс во всех перечисленных областях в
значительной мере обусловлен уровнем понимания физических
процессов, происходящих как в однородной, так и в пространственно
неоднородной плазме. -
Цель работы.
Основной целью работы является исследование влияния парных кулоновских столкновений частиц и нелинейных эффектов: стрикционной нелинейности и ионной циклотронной турбулентности, -на распространение электромагнитных волн в плазме в магнитном поле. При этом рассматривается влияние столкновений заряженных частиц на затухание непотенциальных волн в однородной плазме и потенциальных волн в слгбонєоднородной плазме, распространяющихся перпендикулярно внешнему магнитному полю. Изучается влияние стрикционной нелинейности и ионной циклотронной турбулентности на' трансформацию волн в областях локальных резонансов.
Научная новизна.
-
Найдены поправки к компонентам тензора диэлектрической проницаемости однородной плазмы в магнитном поле, обусловленные парными кулоновскими столкновениями частиц, ' для произвольных значений fcjPLa- В коротковолновом пределе найдены декременты затухания необыкновенной электронной циклотронной и обыкновенной ионной циклотронной волн в многокомпонентной плазме.
-
Найдена поправка к компоненту тензора диэлектрической проницаемости слабонеоднородной плазмы є , обусловленная столкновениями заряженных частиц. На примере коротковолновой ионной циклотронной волны найдена мнимая часть частоты, обусловленная столкновениями, найден критерий неустойчивости таких колебаний за счет столкновений частиц.
-
Исследовано влияние стрикционной нелинейности на распространение и трансформацию волн в плазме в областях альфвеновского, ион-ионного гибридного и нижнего гибридного локальных резонансов.
-
Исследовано совместное влияния ионной циклотронной турбулентности и стрикционной нелинейности на распространение волн в области локального альфвеновского резонанса.
Практическая и научная ценность работы.
Приведенные выражения для столкновительных поправок к тензору диэлектрической проницаемости. однородной плазмы с ионами нескольких сортов могут быть использованы для численного исследования распространения непотенциальных волн в плазме перпедикулярно магнитному полю.
Полученное выражение для поправки к компоненту тензора диэлектрической проницаемости плазмы сга, обусловленой парными кулоновскими столкновениям частиц в многокомпонентной слабонеоднородной плазме, может быть использовано для численного изучения затухания и нарастания потенциальных колебаний, распространяющихся перпендикулярно внешнему магнитному полю ( EMI Z ) и градиенту плотности плазмы С graddO ИХ).
Результаты исследования влияния стрикционной нелинейности на распространение и трансформацию волн в областях альфвеновского,
ион-ионного гибридного и нише го гибридного локальных резонансов, совместного влияния стрикционной нелинейности и ионной циклотронной турбулентности на распространение волн в области локального альфвеновского резонанса могут быть применены к решению задач ВЧ нагрева плазмы и создания токов увлечения в термоядерных устройствах, а также для объяснения процессов происходящих в хромосфере Солнца и т.п.
Результаты диссертации могут быть использованы в ХФТИ,.ИТФ АН Украины, ИЯИ АН Украины, ФИАН АН России. ШШ АН России. ИЭММРАН АН России, ИАЭ им. Курчатова АН России и в других организациях, занимающихся проблемами физики плазмы.
Основные положения, выносимые на защиту,
-
Результаты исследования столкновительного поглощения электромагнитных волн в высокотемпературной однородной плазме. Впервые получены выражения для поправок к тензору диэлектрической проницаемости плазмы, для произвольных значений ^.Pl»' обусловленные парными кулоновскими столкновениям! частиц.
-
Результаты исследования влияния парных кулоновских столкновений частиц на распространение потенциальных волн в слабонесднородной плазме, перпендикулярно магнитному поло и градиенту плотности плазмы. Получено выражение для столкновительной поправки к компоненту тензора диэлектрической проницаемости многокомпонентной плазмы є , для произвольных значений fcjPL . В коротковолновом пределе найден критерії/4 устойчивости ионных циклотронных колебаний относительно столкновений заряженных частиц.
-
Результаты исследования влияния стрикциониной нелинейности на распространение альфвеновских волн показывающие, что стрикционная нелинейность приводит к ограничению роста амплигуды поля в области локального альфвеновского резонанса, точка резонанса может смещаться к краю плазмы или число реэонаксаных точек может увеличиваться, нелинейность также уменьшает длину волны. Показано также, что стрикционная нелинейность может приводить к формированию в области локального альфвеновского резонанса сильно нелинейной волны.
-
Исследование совместного действия ионной циклотронной турбулентности и стрикционной нелинейности на распространение волн в области локального альфвеновского резонанса. Показано, что учет ионной циклотронной " турбулентности приводит к компенсации нелинейного сдвига фаз волны накачки, появляющегося как результат действия стрикционной нелинейности.
-
Исследование влияния стрикционной нелинейности на распространение медленной моды БМЭ волны в области локального нижнего гибридного резонанса. Показано, что нелинейность приводит к смещению точки резонанса в область более плотной плазмы, расширяя область прозрачности, электрическое поле проникает в область непрозрачности за счет нелинейных эффектов.
Обоснованость и достоверность полученных результатов.
Обосноваиость и достоверность полученных в диссертации результатов обусловлена использованием хорошо апробированных моделей описания плазмы при постановке задач, известных физико-математических методов их решения. В предельных случаях полученные в диссертации результаты переходят в соответствующие выражения, полученные в работа других авторов.
Апробация работы и публикации.
Результаты диссертации докладывались на международной конференции "Теория плазмы, и волны и неустойчивости в плазме" (Киев, 1987 г.), на международной школе "Плазменная астрофизика" СТелави, 1990 г.), на шестой Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой" (Душанбе, 1QS1 г.5 и на межотраслевом семинаре "Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектронике". (Харьков, 1991 г.).
Основное содержание диссертации опубликовано в работах [1-6].
Структура и объем диссертации,
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и
списка цитированной литературы ( 113 стр. текста, 41 рисунок, 57
наименований цитированной литературы ). .
