Введение к работе
Лкчуалыюсп. чем и. Теории аффекши, сиишиных с прохождением чаряженных части черсч плазму, имеет нажное значение jum диагностики плаїмі.і, деіскпіроианіш (Ji.icipi.ix части, разрабогки номдх методов ускорения заряженных части и ионного термоядерной) синтеза. І Іош.іе методы, оснонанние на изучении динамики класіерон, открывают широкие ііочможноспі для иселедонапии поляризационных эффекшн, иочшікаїоїцих и процессе прохождении заряженных части черсч потесню.
В последнее время значительно раеїшіріілисі, исследовании илачмы и сильных ;злскіромаі питых нолях. Актуальное и, таких исследований обусловлена прежде нсего рабочими по проблеме умраїшясмот термоядерного синтеза. Эти исследования необходимы также для успешного решении ряда других иажпмх научно-технических чадач, таких, например, как создание ктіераюрон, усилителей и ;і,рупіх устройств, использующих сіюйсша плазмы. Вес большую актуальності, ііреобретаїот исследования илачмы и астрофизических услоїшях (распространение радио пол и и ионосфере и плазме космического пространства) и и фичико твердого чела.
Под действием мощного клектромагнитиот нчлучепия свойства илачмы сутест-ненпо нчмеиякпея. При пренышепни определенной порогоной мощности нлачма егапо-иитси неусюйчшюй, переходит и турбулентное состояние и при этом происходи!' аномально быстрый нагреи илачмы, пояшіяіоіея ускоренные частицы, ночраст.іет интенсивность рассеянною нчлучепия. При мощностях меньше пороижмх возникают HOIH.IC типы коллективных возбуждении, изменяется взаимодействие частиц и спектр флук-туаниопиых полей и плазме. Электромагнитное поле существенно влияет на излучение и поглощение поли частицами, меняет дебаевскую экранировку и поляричациопные потери части и плазме.
В последнее премії значительное ннимаиие ііришіскшоттакжс исследонания изаимо-ДСЙСП1ИЯ электронных и ионных нучко» с поверхностью различных твердых тел, применительно к спектроскопии потерь энергии электронов.
UcjjMpjiHcjxjmiuiMUIuLjJ{i(mj яил:;стси развитие теории коллективных процессе)», поз-ііикаяіоінііх при взаимодействии нучг.оп заряженных частиц и шпепешшмх электромагнитных полей с плазмой. Для достиж. .ия поставленной цели нронедспо изучение электро-мапштиого поля медленной заряженной частицы, движущейся и Ферми-газе и и релятипистской плазме; исследовано олектромаппгпюе поле релятивистской заряженной частицы, дпижущейся и холодной электронной плазме; исследопано кильватерное ноле,
создаваемое релягивистской заряженной частицей в Максвешюнской шіазме, и рассмотрен вопрос об устойчивости і! кильватерном ноле частицы в шіазме; исследовано влияние кильватерных полей на движение быстрого ионноїв дикластера, пролегающего через гонкую фольгу; исследовано влияние кильватерных полей на регистрацию частиц пучка дикластсров, прошедших через тонкую фолыу; выявлены условия, при которых влияние кильватерных полей на движение частиц наиболее существенно. Расмотрены поляризационные потери энергии заряженной частицей в плазме, находящейся в сильном высокочастотном (ВЧ) электрическом поле, а также в магнитоактивной плазме. Рассмотрены процессы рассеяния и трансформации электромагнитных волн на неподвижной и движущейся частице; изучены потерн энергии на возбуждение рассеянных электромагнитных воли. Проведено изучение потенциала, плотности индуцированного поверхностного заряда и полного поверхностного заряда, а также изменения энергии быстрой заряженной частицы, пересекающий границы раздела вакуум-плазма и плазма-вакуум. Исследован спектр потерь энергии быстрой заряженной частицей, взаимодействующей с поверхностью твердых тел с различными геометрическими формами. I! частости, изучена дифференциальная вероятность потерь энергии частацсй, движущейся параллельно поверхности слои твердого тела, клинообразного твердого тела, а также поверхности металла. 1} последнем случае выявлено влияние пространственной дисперсии на спектр потерь. Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе заключается в следующем:
-
Показано, что электрический потенциал быстрой заряженной частицы движущейся в плазме содержит далыюдейстиующую осциллирующую знакопеременную составляющую, происходит пробой дебаевской экранировки. Получены аналитические выражения для потенциала в случае максвелловской плазмы.
-
Показано, что электромагнитные поля, создаваемые медленной заряженной частацсй в Ферми-газе и в релятивистской плазме совпадают с точностью до значения длины экранировки. Показано также, что электромашитные ноля отличаются от сферически симметричного уже при малых скоростях движения частицы.
-
Получены аналитические выражения для электромагнитных полей ультрарелятивистской заряженной частицы, движущейся в холодной электронной плазме. Показано, что монотонные электромагнитные поля экранируются на расстояниях от частицы, превышающих глубину скин-эффекта.
C$B
-
Выявлены условия, при ін.шолпоііии которых релятивистская заряженная частица ускоряемся її кильватерном поле ведущей частицы и находится и состоянии устойчивого раїшонсстш.
-
Получены выражения для функций распределения ускоріншіихся и замедлившихся части дикласісра, прошедших чс.кч плазменный слой. Выявлены услошія, нри которых влияние KH.n.itaіирмі.іх. нолей ;i движение ионного дикласіера оказывается максимальным.
-
Покатано, чиї а ш.ісокочасіошом поле существенно изменяется статический нотен-инал заряда її шиїзме. Наряду с быстроубывающим дебаснеким потенциалом появляемся медленно убывающий с расстоянием потенциал, имеющий ішд потенциала киадруиоля. Іір.ипілена важності, ионной температуры.
-
Покачано, чю помимо статического ноля покоящаяся тяжелая часшца создаст в плазме быстроперсменные поля на гармониках частхггы внешней) ноля. Рассмотрение потенциалом полей, изменяющихся па основной и удвоенной частотах внешнего поля показало, чш па расстояниях превосходящих дебаенский радиус они имеют' соотетстнеппо дипольный и кнадруполышй характер.
-
Иселедопапы потерн с учетом поляризации ноно». Установлено, что при этом с одной
СТОрОНЫ Изменяется ЗаКОН ДИС'ПерСИИ ЛСНГМЮрОВСКИХ ПОЛИ, С ДруГОЙ СТОрОНЫ І10ИІ1-
ляняся потерн связанные с излучением низкочастотных волн, существование которых полностью обусловлено сильным высокочастотным нолем.
-
И отличие от рапсе известных работ, в которых не учитывались осцилляции пробной частицы, исследованы поляризационные потери энергии в плазме, находящейся » сильном ВЧ электрическом поле. І Іокатапо, что потери изменяют знак при определенных значениях параметров плазмы, скорости движения частим и неличины напряженности внешнего ВЧ поля.
-
Проведено исследование поляризационных позері, энергии в мапштоактипной плазме. Показано, что потери намного превышают обычные Сюровские потери энергии и в сильно замагпичепной плазме зависят' цмп.ко or плопіостті плазмы и скорости движения пробной чаепщм.
-
Развит новый подход для описания рассеяния и трансформации атектромапштиых волн на тяжелой заряженной частице н нелинейной материальной среде. С помощью общих соотношений получены и проанализированы выражения для сечений рассеяния и трансформации электромагнитной воины на неподвижной и движущейся частице.
-
Проанализирована диафамма направленности рассеянного излучения на неподвижной часто цс. Показано, что рассеяние ноли с длиной много меньше дебаевского радиуса, происходит и основном ииерсд.
-
Показано, что из-за движения частицы существенно возрастает интенсивность рассеянного излучения. При этом рассеянное излучение имеет узкую диаграмму направленности. Эю явление связано с коллективными эффектами (излучение частицей продольных ноли), возникающими и плазме при движении частицы.
-
Показано, что в ноле электромагнитной волны частица теряет энергию на излучение не только продольных, но и поперечных ноли. Последний вид излучения (рассеяние) полностью обусловлено полем электромагнитной волны. Установлена связь между сечением рассеяния и теряемой частицей энергией.
-
Впервые проведено последовательное теоретическое исследование потенциала, плотности поверхностного индуцированного заряда и полною заряда па іранице плазмы, через которую движется быстрая, по не релятивистская заряженная частица.
-
Показано, что после пересечения заряженной частицей плоской границы среды возникают колебания поверхностной) заряда на плазменной частоте wp и помимо этого
дииольпые колебания плотности поверхностного заряда (полный заряд в них ранен нулю) на частотах <ор и со,, (соа = co,,l v2).
-
Рассмотрен процесс трансформации заряда "изображения" в кильватерный заряд.
-
Проведено исследование прохождения заряженной частицы через плазменный слой и определены условия, при которых, полный индуцированный и сдое заряд равен нулю.
-
Впервые рассмотрены спектры потерь энергии быстрой заряженной частицей, движущейся параллельно поверхности вещества, имеющей форму слоя и клина.
-
Рассмотрено влияние пространственной дисперсии на спектр потерь эиерши быстрой заряженной частицей, движущейся параллельно поверхности металла.
Научная и нраісгачсская ценность. Исследование полей, создаваемых движущимися частицами в среде, необходимо с одной стороны, для построения интеграла столкновений, а с другой стороны можег иметь ряд практических приложений. Результаты, полученные в диссертации, могуг быть использованы при создании новых устройств для регистрации и идентификации заряженных частиц, объяснения особенностей прохождения пучков заряженных частиц через вещество, исследования коллективных эффектов в плазме; объяснении некоторых новых эффектен, обнаруженных недавно, при измерениях спектра электронов (т.н. конвой-электроны)) захваченных нолем движущейся частицы, н ионосферных
исслецованиях (например, дня интерпретации измерении по рассеянию электромагнитных воли на спушиках и других достаточно малых заряженных телах), н исследованиях плазмы тнерцого тела (рассеяние на примесях), и задачах диагностики плазмы (малый зонд в высокочастотном ноле), в теории ионного термоядерного синтеза, при численных расчегах диференциалыюй вероятности потерь энергии дія некоторых важных с точки зрения технических применений материалом (,41, Ли, Си. А/20}, МцО и т. д.) используя инфракрасные, оптические и рентгеновские измерения диэлектрической проницаемости этих веществ.
Совокупность представленных в диссертационной работе результатов позволяет сформулировать следующие выносимые на защиту научные положения:
-
Показано, что происходит пробой дебаевской экранировки вследствие наличия в электромагнитном поле заряженной частицы движущейся в плазме дальнодейстнуюшей осциллирующей знакопеременной составляющей. Получены аналитические выражения для потенциала и электромагнитных нолей в случае холодной, максвелловской, вырожденной и релятивистской плазмы но всем диапазоне скоростей движения пробной частицы.
-
Показано, чти в Максвелловской плазме две одноименно заряженные частицы моїуг образовать связанное сосп)янне. Выявлены условия, при выполнении которых это состояние устойчиво.
-
Выявлены закономерности асимметрии и распределении но энергиям и углам заряженных частиц днкластера движущегося в плазме. Определены чиста ускорившихся и замедлившихся частиц регистрируемых детектором и показано, что они существенно отличаются.
-
Показана возможность итлучеіпи электромагнитных волн неподвижной заряженной частицей в плазме при наличии внеииего ноля обусловленное изменением диэлектрических свойств среды.
-
Установлена зависимость потерь энергии заряженной частицы, движущейся в ішазме, находящейся її поле внешней полны, от знака заряда частицы из-за осцилляции в фазе или и иротшюфазе заряженной частицы электропон и ионов плазмы.
-
Показано, что потери энергии могут изменить знак в случае выполнения определенных соотношений между параметрами внешнего поля, плазмы и скорости движения частицы, когда отсуїствуют потерн на возбуждение ноли с ленгмюровской частотой.
-
Показано, что поляризационные потери энергии заряженной частицей к магшггаакпшной ішазме при движении поперек силовым линиям магнитного поля осциллируют в зависимости от значения магнитного поля и намного превышают обычные бороиские потери энергии. Потерн в сильно замагничеппой іиіазме зависит только от плотности плазмы и скорости движения частицы.
К. Выявлена нелинейная картина рассеяния и трансформации электромагнитных волн на покоящейся и движущейся заряженных частицах в плазме. Полученные диаіраммьі паправлепносга рассеянного и трансформированного излучений па движущейся частице указывают на их узкую направленность.
-
Показано, что коэффициент трансформации продольной волны в поперечную на неподвижной чаепще меньше, чем в случае образной зраисформации. Движение частицы приводит к тому, что рассеяние и трансформация происходит в основном па иопно-звуковых или ленгмюронекпх волнах, возбуждаемых заряженной частицей н плазме.
-
Выявлена полная каргина преобразования заряда изображения в кильватерный заряд при пересечении быстрой заряженной чаепщей плоской границы вакуум-шіазма, с учетом возбуждения поверхностных колебаний. При этом полный заряд, индуцируемый быстрой заряженной частицей в слое вещества определяется поведением статической диэлектрической проницаемости.
-
Показано, что потери энергии, связанные с возбуждением приповерхностных нолей в плазменном слое, являются немонотонной функцией толщины слоя.
12. Вычислены спектры потерь энергии заряженных часпіц, іізаимоцейспіуюіцнх с поверхностью твердых геп, имеющие различные геометрические формы. Показано, что учет пространственной дисперсии уменьшает вероятность потерь па 30-40%.
Апробация работы. Основные резу.п.таты диссертационной работы доложены па 1-ой копфепрепнин молодых ученых НИИ Арм. ССР, на 2-ой, 3-ой и 4-ой Всесоюзной конференциях "Взаимодействие электромагнитных ноли с плазмой", на всесоюзном семинаре "Плазменная электроника", на всесоюзной конференции "Физика космической плазмы", на соиещаипи но лазерному ускорению заряжепниш часпіц, на 12-ой 15-ой 16-ой и 20-ой Международной конференции но яішешіям и ионизированных газах, к Международной конференции "Новое « разиипш техники ускорителей заряженных чаепщ", на международной конференции по физике плазмы, на семинарах Сектора Теории Плазменных Явлений (ФИЛИ, Москва), Теоретического отдела Лаборатории Физики Плазмы и Газов Парижского Университета (Орсей, Франция), Теоретического отдела ИРФЭ НАН Армении, кафедрі,! теоретической физики ЕГУ, лаборатории физики плазмы ЕГУ, опубликованы и пиде научных статей.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы и 48 работах: 19 тезис доклада и 29 статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав к заключения. Общий объем работы-2Х5 страниц, рпсупкон-4І, бпблиоірафпя насчитывает 191 наименований.
