Введение к работе
Актуальность проблемы. Представляемая диссертационная работа посвящена изучению некоторых вопросов нелинейного резонансного взаимодействия волн в неравновесной плазме. Исследование природы коллективных взаимодействий в неравновесной плазме представляет несомненный интерес как с точки зрения теории волн, так и практических приложений, относящихся к лазерной плазме, плазменной электронике, космической плазме, плазме твердого тела и т.д. В последние десятилетия теоретическому п экспериментальному изучению указанных вопросов уделяется большое внимание, непрерывно выходят монографии, обзоры, статьи, сбор-г ники на эту тему (см. .например, Цытович В.Н. Нелинейные[эф-фекты в плазме,- М.: Наука, 1967; Каплан С.А., Цытович В.Н. Плазменная астрофизика.- М.: Наука, 1972; Кадомцев Е.Б. Коллективные эффекты в плазме,- М.: Наука, 1969; Вильхельыс-сон X., Вейланд Я. Когерентное нелинейное взаимодействие волн в плазме,- М.: Энергоиздат, 1981; Ораевский В.Н., Саг-деев Р.З. Об устойчивости установившихся продольных колебаний плазм.- ЕТФ, 1962, т.32, с.І29І-І29б) .
Одним из фундаментальных открытий теории волновых процессов является обнаружение нелинейной неустейчивости-в плазме ( Кадомцев Б.Е., Глхайловский А.В., Тимофеев А.В. Волны с отрицательной энергией в диспергирующих средах.-ЕЭТФ, 1964, т.7, с.1266-1269) , связанной с существованием в неравновесных средах волн с отрицательной энергией (см. Дикасов В.М., Рудаков Л.И., Рвтов Д.Д. О взаимодействии волн с отрицательной энергией в слаботурбулентной плазме.-ЕЭТФ, 1965, т.48, с.913-920) , приводящей к неограниченному росту амплитуд взаимодействующих мод за конечное время -взрывной нестабильности. До настоящего времени появляются теоретические и экспериментальные работы по указанному типу неустойчивости (см..например, Андреев А.В. Оптическое сверхизлучеиие: новые идеи и новые эксперименты." УФНД990,
т.160, вші.12, с. 1-46; Тамойкин В.В., Факеев А.Г., Файнш-тейн СМ. О проблеме стабилизации взрывной неустойчивости в средах со случайными неоднородноотями.- Радиофизика , 1993, т.47, JHI, с. II25-II34).
При описании изучаемых физических явлений в данной работе используется асимптотический метод( см. Талонов А.В., Островский Л.А.,' Рабинович М.И. Одномерные волны в нелинейных системах с дисперсией.- Радиофизика, 1970, т.. 13, И2, с.164-213) , с помощью которого выводились укороченные уравнения для комплексных- амплитуд волн, а затем изучались новые эффекты, которые имеют место в различных конкретных ситуациях. Полученные результаты представляют ин -терес для широкого круга задач в неравновесных средах ( радиофизических, акустических и т.д.) , поскольку в указанных системах при наличии неравновеейости может возникнуть взрывная и высокочастотная неустойчивости.
Диссертация-состоит из 3-х глав. В главах I и II проведено исследование :готойчивости релятивистски сильной циркулярно поляризованной электромагнитной волны в изотропной и магнитоактивной плазме. Выяснены условия возбуадения взрывной неустойчивости и ее стабилизации. Показана воз^ мояность генерации ВЧ волн вверх по спектру.
В главе ПІ рассмотрен.новый механизм стабилизации взрывной неустойчивости - стохастическое ограничение "взрыва".
. Несомненный интерес представляет исследование взаимодействия электромагнитных волн с неоднородной нелинейной плазмой (Приложение її) . Эта задача имеет практическое применение для объяснения ряда экспериментов по взаимо- действии излученияС-0% - лазера с плазменной короной в проблеме инерционного УТС( управляемый термоядерный синтез) .
ЦЕЛЬ 'РАБОТЫ. Целью данной, работы является развитие ряда вопросов теории нелинейного резонансного
трехволновото взаимодействия электромагнитных волн в неравновесных средах, а такке теории взаимодействия интенсивных электромагнитных волн с неоднородной средой.. В частности, проведено исследование взрывной и модуляционной кеус -тоіїчивостей в неравновесной плазме, рассматривались вопросы стабилизации "взрыва". Обсужден вопрос генерации высоких гармоник частоты мощного электромагнитного излучения в неоднородной плазме с электронной нелинейностью.
Научная новизна. Б диссертации получены следующие новые результаты:
Проанализирована возможность возникновения взрывной и модуляционной неустойчивостей в изотропной плазме, . помещенной в высокочастотное поле циркулярно -поляризованной электромагнитной волны.
Показано, что учет движения ионов в данной системе приводит," при прочих равных условиях, к уменьшению времени "взрыва", что связано с ростом нелинейности в системе.
Исследована взрывная неустойчивость релятивистски сильной электромагнитной волны круговой поляризации в маг-нитоактквиой плазме, причем величина инкремента opy.ovo порядка как для обыкновенной, так и для необыкновенной волны при прочих равных условиях.
Рассмотрен стохастический режим стабилизации взрывной, неустойчивости, когда в фазовом пространстве, описыва-эщем систему поток - плазма, возникает прктягпваэдее июзсство типа странного аттрактора.
Показано, что одной из причин генерации высоких гармони: частоты греющего излучения в области плазмешгого резонанса в. неоднородной плазме является совместное действие электронной п релятивистской нелинейностей.
Практическая ценность. Теоретическое рассмотрение ряда вопросов, проведенное в диссертации и полученные результаты представляет интерес как для об -
щей теории волновых процессов, так и для различных приложений в физике неравновесных сред, проблемы УТС, кос- ' мической плазме, плазменной электронике. Кроме того, результаты диссертации могут быть использованы при интерпретации экспериментальных данных по наблюдению мощного излучения электромагнитных волн как в космической, так и лабораторной плазме, а также для объяснения экспердаен -тов по воздействию на плазму мощного электромагнитного излучения { например, СО* - лазера^ .
Основные научные положения, предъявляемые к защите
-
Проведено исследование устойчивости релятивистски сильной циркулярно поляризованной электромагнитной волны в изотропной и магнитоактивной плазме. Показана возмог -ность генерации высокочастотных волн при развитии взрыв -ной неустойчивости.
-
Показано, чго учет движения ионов при развитии указанной выше нестабильности приводит, при прочих равных условиях, к уменьшению времени "взрыва". '
-
Рассмотрены условия возникновения модуляционной неустойчивости квазимонохроматического пакета волн в данной системе, найден инкремент и порог появления указанной нестабильности,
-
Обсужден принципиально новый механизм стабилизацш взрывной неустойчивости, связанный с возникновением в фазовом пространстве, описывающем систему поток - плазма, -прфостаточно сильной -линейной расстройке и слабом затухании сложных движений типа странного аттрактора.
-
Исследовано совместное действие релятивистской и электронной нелинейностей, приводящее к эффективной генерации гармоник частоты греющего излучения в области плаэ-
таенного резонанса в слабонеоднородной плазме.
Апробация результатов. Інтервали диссертации докладывались на Всесоюзной конференции " Волны в плазме "(Ленинград, 1978 ), III Всесоюзной конференции " Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой " (Алма-Ата, Ї982) , 2УІІІ Европейской конференции по взаимодействию излучения с веществом ( Прага, 1987) , конференциях молодых ученых НПШ, семинарах ИПФ РАН, НИМИ, ИКИ РАН, ИЗДИРАЯ, ФИ РАН, ИОФ РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
ОБъем работы. Диссертация состоит из введения , трех глав, приложений, заключения и списка литературы. Общий объем работы 89 страниц. Из них текст занимает 59 страниц, рисунки II страниц, таблицы 13 страниц. Еиблиография состоит из 58 названий 6 страниц.