Автореферат (1155098), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для слабо и умеренно релятивистских начальных энергий частицы установлено, что принеблагоприятных условиях, указанных выше) вначале заряд совершает циклотронное вращение вовнешнем магнитном поле, но на достаточно больших временах возникают благоприятные фаза волны натраектории частицы и знак компоненты импульса заряда вдоль волнового фронта, черенковскийрезонанс, происходит захват частицы волнами в режим в ультрарелятивистского серфотронногоускорения. Темп ускорения (роста энергии) практически постоянен.5. Численные расчеты показали, что для захваченных частиц траектории на фазовой плоскостисоответствуют движению к особой точке типа устойчивый фокус с уменьшением амплитуд вариаций имедленным ростом их периода.
Для незахваченных частиц фаза волны на траектории заряда в среднемвозрастает пропорционально времени, амплитуда осцилляций фазы практически постоянна.6. Показано, что при неблагоприятном знаке компоненты импульса вдоль волнового фронтачастица может захватиться волной, будет режим торможения, причем частица остается захваченной.Послесменызнакаэтойкомпонентыимпульсареализуетсярежимультрарелятивистскогосерфотронного ускорения.Научная и практическая ценность результатовПолученные в диссертации результаты представляют интерес для физики околоземной иастрофизической плазмы в части генерации потоков ультрарелятивистских частиц. Проведенныечисленные расчеты и аналитические оценки характеристик ускоренных частиц важны для пониманиямеханизмов возник-новения существенных вариаций потоков космических лучей, которые наблюдаются экспериментально, а также зависимости этих вариаций от космической погоды.
Существенно и то,что вариации КЛ могут влиять на параметры атмосферы и динамику, например, крупномасштабногоциклогенеза [13, 14] вследствие воздействия на вертикальный профиль температуры атмосферы ивыпадение осадков. Таким образом анализ серфотронного ускорения заряженных частиц волнами важени для понимания особенностей динамики крупномасштабного циклогенеза в атмосфере включаякорректную интерпретацию данных наблюдений.Основные положения выносимые на защитуНа защиту выносятся следующие научные положения:61. На фазовой плоскости для захваченный частиц поведение траекторий изображающей точкиопределяется наличием особой точки типа устойчивый фокус.
Поэтому траектории имея спиралевидныйхарактер сжимаются к фокусу.2. Численными расчетами установлено, что для слаборелятивитстских начальных энергий частица последесятков-сотен и более циклотронных оборотов (при амплитуде волны выше критического (длясерфинга) значения быстро попадает в благоприятную фазу (в момент выполнения черенковскогорезонанса) и захватываясь волной (или волновым пакетом) ускоряется до весьма больших энергий (ростэнергии на 3-6 и более порядков величины).3.
В случае локализованного в пространстве волнового пакета максимум роста энергии захваченнойчастицы определяется размером La области, в которой поле волны выше критического значения. Наборэнергии захваченной частицы пропорционален La и для космической плазмы (на границе гелиосферыили в межзвездных облаках) может быть очень большим.4. Для умеренно релятивистских начальных энергий частицы время ее захвата волной или волновымпакетом значительно больше.
Частица совершая до захвата циклотронное вращение будет на том жевременном интервале существенно меньше увеличивать свою энергию. В особенности это важно при еевзаимодействии с локализованным в пространстве волновым пакетом.5. Согласно численным расчетам для незахваченных волной частиц могут быть интервалы времени,когда заряды сравнительно долго находятся в благоприятной фазе и их энергия может увеличиться вразы или на порядок.6. В случае сильно релятивистских начальных энергий (релятивистский фактор достигает сотен иливыше) численные расчеты (для неблагоприятных начальных данных) на имеющейся вычислительнойтехнике не обнаружили захвата частиц волной или пакетом.
Можно полагать, особенно привзаимодействии с пространственно локализованным волновым пакетом, что в данной ситуациисерфотронное ускорение не реализуется. Например, за время циклотронного вращения волновой пакетперемещаясь с групповой скоростью сдвинется относительно частицы так, что поле волнового пакетастанет меньше критического значения и потому захват частицы будет невозможен.7. При сильном ускорении поперечные, к внешнему магнитному полю Ho , компоненты скоростизахваченной частицы выходят на асимптотические значения, а параллельная Ho компонента скоростичастицы убывает обратно пропорционально ее релятивистскому фактору.Научная достоверность и обоснованность результатов работыНаучная достоверность и обоснованность результатов диссертации достигнута корректностьюпостановки задач для численных расчетов, аналитическими оценками, согласием результатов расчетов сасимптотическими аппроксимациями, проведением численных расчетов на разных компьютерах.Оценки параметров ускоренных частиц соответствуют данным наблюдений вариаций потоков КЛ.7Публикации и апробация результатов исследованияОсновные результаты исследований по теме диссертации докладывались на ежегоднойВсероссийской конференции по проблемам физики частиц, физики плазмы и конденсированных сред,оптоэлектроники, на секции “Физика плазмы и взаимодействие электромагнитного излучения свеществом“ (РУДН, Москва, 2011-2015 годы), а также на ежегодной конференции молодых ученых“Фундаментальные и прикладные космические исследования“ (ИКИ РАН, Москва, 2013-2015 годы.Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 9 статьях в сборникахтрудов указанных выше конференций, а также в 4 статьях в реферируемых российских журналах изсписка ВАК.
Список публикаций представлен в конце автореферата.Личный вклад автораОсновные результаты диссертации получены лично автором. Автору принадлежат реализациячисленных моделей, проведение численных расчетов с соответствующим набором исходных параметровзадачи, анализ, оценка и сопоставление результатов вычислений. Автор принимал непосредственноеучастие в поиске публикаций по анализу данных наблюдений КЛ, их интерпре-тации и выборупараметров для проведения численных расчетов.Структура и обьем диссертацииДиссертация состоит из введения, 3 глав основного материала, заключения, списка публикацийавтора и списка цитиолванной литературы.
Общий обьем диссертации составляет 73 страниц, включая55 рисунков и 1 таблица. Список литературы включает 18 наименований.Основаное содержание работыГлава 1 посвящена описанию основных уравнений модели серфотронного ускорения частицэлектромагнитной волной в магнитоактивной плазме и характеристики ускоренных зарядов. В главе данвывод основного уравнения, численное решение которого позволяет определить динамику всеххарактеристик резонансного взаимодействия электромагнитных монохроматической волн и волновогопакета с заряженной частицей. Это нелинейное, нестационарное дифференциальное уравнение второгопорядка для фазы волны или фазы волнового пакета на несущей частоте в точке нахождения заряженнойчастицы.
Решение этого уравнения производилось с помощью программы MathCaD для достаточнобольших значений безразмерного времени t порядка (104– 106 ), где частота монохроматическойволны либо несущая частота локализованного в пространстве волнового пакета. При благоприятных длясерфинга условиях частица за это время захватывалась волной (или пакетом) и ускорялась с ростом ееэнергии на 3 и более порядков величины. Причем главные характеристики частицы четко выходили наих асимптотики.8В разделе 1.1 рассмотрена модель серфотронного ускорения быстрых заряженных частицмонохроматической волной в плазме, интегралы движения, асимптотики энергии, компонент импульсаи скорости при сильном ускорении.Получены уравнение движения заряженной частицы для фазы пакета и для фазы волны на траекториичастицы, нелинейное уравнение для фазы волны на траекто-рии электронаd2/d2 – [( 1 - x2)/p]cos - (u y / p) + [ y ( x – N )/p]sin = 0 (1)В случае волнового пакета с лоренцовской огибающей амплитуды из релятивистских уравненийдвижения заряженной частицы для фазы пакета на траектории частицы получаем обобщение уравненияв форме [3]:d2()/d2 – [1 - x2()]1.5 cos() / pG1(){1 + [ - ()]2 /2 } – G2() = 0(2),G1 () = 1 + h + G3 (), G3() = J + u p [ - ()],222G2() = u G3()[1 - x2()] / pG12().Здесь введен безразмерный параметр ρ = ωо L / c, а ωо несущая частота волнового пакета, L егополуширина [12] т.е.
ρ безразмерная полуширина пакета. Таким образом уравнения (1), (2) являютсяисходными для проведения численных расчетов серфотронного ускорения заряженных частицсоответственно моно-хроматической волной ( = ) и локализованным в пространстве волновымпакетом.В разделе 1.2изложены результаты численных расчетов серфотронного ускоренияэлектроновэлектромагнитной волной, структура фазовой плоскости при нерелятивистской начальной энергиичастиц.В качествые иллюстрации приведены результаты расчетов серфотронного ускорениямонохроматическойволной в случае следующего выбора исходных параметров задачи:u = 0.2,βp0 = 0.2, h = 1, g = 1, σ = 1.4 σc , (0) = - 2.2.
В данном случае, согласно численным расчектам,слаборелятивистский электрон захватывается электромагнитной волной в режим серфотронногоускорения в момент времени 4230. График фазы волны на траектории частицы дан на рис.1. Каквидим, до захвата фаза в среднем растет пропорционально времени с малыми вариациями.Рис.1. Динамика фазы волны на траектории частицы.9Рис.2. Структура фазовой плоскости ((), ()).Как видим, для захваченной частицы траектория изображающей точки поспирали сжимается к особой точке типа устойчивый фокус.Результаты проведенных численных расчетов при взаимодействии частиц с электромагнитнойволной в магнитоактивной плазме показывают разделение взаимодействующих с волной частиц на двегруппы: пролетные и захваченные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
