Введение к работе
\p.
33i;;«r,';/.:fi^ Актуальность проблемы. Интерес к проблеме взаимодей-
_,твия высокочастотных волн с неоднородной плазмой вызван в
'!\^}г^ЩрУ^ очередь разнообразными приложениями, связанными, в 'f частности, с высокочастотным нагревом газа, с созданием ., .:=источников заряженных частиц, искусственного ионизованно-^глулго слоя в атмосфере Земли, солнечно-космических электро--'--х-станций и т.д.
Эта проблема имеет и фундаментальное значение для физики, так как воздействие интенсивного высокочастотного излучения на неоднородную плазму носит принципиально нелинейный характер, при этом происходит генерация потоков быстрых частиц и квазистационарных магнитных полей, деформация профиля плотности плазмы прд действием пондеромоторных сил, образование самосогласованных распределений плазмы и поля -так называемых кавитонов и т.д. Вопрос о причинах появления быстрых ионов до настоящего времени остается открытым. Аналитическое исследование ускорения ионов невозможно из-за сильно нелинейного характера происходящих процессов, поэтому требуется проведение вычислительных экспериментов.
Другая бурно разБИвающаяся область исследований связана с изучением высокочастотного разряда в плотной слабоио-низованной плазме. Развитие ее обусловлено в первую очередь прогрессом мощной электроники. Речь идет о свободно локализованной плазме, которая может создаваться и поддерживаться вдали от электродов и ограничивающих стенок разрядной камеры с помощью пучков мощного высокочастотного электромагнитного излучения. При моделировании высокочастотного разряда основное внимание уделяется вопросам электродинамики разряда. Построенные таким образом модели нуждаются в вычислительном эксперименте как для их исследования, так и для построения дальнейшей теории высокочастотного разряда.
Цель работы. Применение методов математического моделирования и вычислительного эксперимента к задаче о взаимодействии сильного высокочастотного поля с расширяющейся бесстолкновительной плазмой и изучение различных механизмов ускорения ионов.
Численное исследование модели разряда в сходящемся волновом пучке в зависимости от параметров плазмы, численное моделирование диффузионного механизма распространения фронта ионизации при наклонном падении плоской высокочастотной волны на слой,
Шучная новизна. Поставлена задача об изучении разлета плазш в условиях воздействия на нее ВЧ поля. Построена математическая модель взаимодействия высокочастотного электромагнитного поля с неоднородной расширяющейся плазмой, содержащей несколько сортов ионов. Проведено численное исследование взаимодействия ВЧ поля с бесстолкновительной плазмой, расширяющейся как в вакуум, так и в фоновую плазму меньшей плотности. При этом изучены в вычислительном эксперименте различные механизмы ускорения ионов.
Проведенное математическое моделирование взаимодействия сходящегося ВЧ пучка с плотной слабоионизованнсй плазмой позволило обнаружить и изучить различные механизмы распространения разряда. В задаче о распространении фронта ионизации при наклонном падении плоской р -поляризованной волны на слой плазмы исследовано влияние угла падения на устойчивость, скорость движения и плотность фронта ионизации.
Практическая ценность. Первая из созданных программ позволяет исследовать в вычислительном эксперименте различные явления, в том числе резонансные, возникающие при воздействии БЧ волны на расширяющуюся бесстолкновительную плазму. Две другие программы дают возможность изучать соответственно возникновение и эволюцию структур в сходящемся волновом пучке при различных параметрах плазмы и влияние угла падения на диффузионный механизм распространения фронта ионизации при наклонном падении плоской ВЧ волны на слой.
Разработанные алгоритмы и программы, а также полученные результаты могут быть использованы в Институте общей физики АН СССР, Институте прикладной физики АН СССР.
Апробация работы. Основные материалы работы докладывались на III Всесоюзном семинаре "Плазменная электроника" (Харьков, 1988), Всесоюзных конференциях по физике плазмы
и ядерному синтезу (Звенигород, 1988 и 1990), семинаре по теории плазмы в институте общей физики АН СССР, семинара "Дискретное моделирование плазмы и конденсированных сред" в институте прикладной математики им. М.В.Келдыша АН СССР, на семинарах кафедры автоматизации научных исследований факультета ВМиК МГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы (см. список публикаций-).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 126 страницах машинописного текста. Число рисунков 23. Библиография содержит 58 работ.