Диссертация (1155099), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Поэтому (согласнооценкам) рост энергии захваченных пакетом частиц может быть до области коленав спектре космических лучей т.е. ~ 1015 эВ. Расчетами также показано, что прианализе серфотронного ускорения электрическое поле волны или волнового пакетаможно считать потенциальным. Согласно численным расчетам частица не будучизахваченной волной или пакетом тем не менее некоторое (сравнительно небольшоевремя) может быть в области ускоряюшего поля с ростом ее энергии на десяткисотни процентов от начального значения.В главе 2 изучена временная динамика характеристик ускоряемых частиц,включая их захват и последующее длительное удержание в области ускоряющихнапряженностей электрического поля волнового пакета для умеренных начальных66энергий зарчяженных частиц.
Поскольку начальный циклотронный периодчастицы во внешнем магнитном поле относительно мал заряд совершив рядгирооборотов попадает в благоприятную для захвата волной фазу приодновременном выполнении черенковского резонанса. После захвата происходитультрарелятивистское ускорение частиц с ростом их энергии на (3÷4) порядкавеличины и более. В случае волнового пакета наиболее сильное ускорение имеетместо при захвате частицы на задней стороне пакета, затем частица ускоряетсябыстро пролетая с фазовой скоростью (значительно большей групповой скорости)область пакета, где поле выше критического значения. Следовательно, числоускоренных волновым пакетом частиц может быть достаточно большимвследствие увеличения в пространстве начальных импульсов области, из которойзаряды попадают в режим эффективного серфотронного ускорения.
Показано, чтово время сильного ускорения поперечные компоненты импульса и релятивистскийфактор захваченной частицы возрастают практически с постоянным темпом. Приотсутствии захвата происходит циклотронное вращение частиц и тем не менее вэтом процессе возможно локальное доускорение частиц с увеличением их энергии,например, на порядок.При отрицательном знаке компоненты импульса заряда вдоль волновогофронта согласно расчетам вначале частица, оставаясь захваченной, тормозится именяет знак этой компонентры импульса, а затем происходит ее ультрарелятивистское ускорение.
В этом варианте задачи на этапе торможения движениеизображающей точки на фазовой плоскости соответствует траектории околонеустойчивого фокуса с увеличением расстояния от него по мере торможениязаряда. На втором этапе, когда имеет место ускорение частицы электромагнитнойволной (частица находится в области ускоряющих фаз электрического поляволны), траектория изображающей точки отвечает движению к другой фазе –устойчивого фокуса типа цилиндр с амплитудойубывающей по мере роста энергии заряда.67осцилляций, медленноВ главе 3 диссертации изложены результаты численных расчетов захвата ипоследующего ультрарелятивистского серфотронного ускорения заряженныхчастиц, имевших сильно релятивистские начальные энергии, в магнитоактивнойплазме электромакгнитной волной и волновым пакетом, локализованным впространстве вдоль направления распространения. Волны распространяютсяпоперек магнитного поля.
Показано, что диапазон благоприятных (для реализациисерфотронного ускорения) начальных фаз занимает порядка 40 % от областивозможных значений. Для благоприятных начальных фаз захват частиц и другиххарактеристик (указанных выше) в режим серфотронного ускорения волнамипроисходит сразу. При этом релятивистский фактор и поперечные к магнитномуполю компоненты импульса захваченной частицы увеличиваются с практическипостоянным темпом роста.
Поперечные к магнитному полю компоненты скоростизахваченной частицы выходят на асимптотические постоянные значения. На фазовой плоскости траектория изображающей точки соответствует движению вокругособой точки типа устойчивый фокус с постепенным уменьшением расстояния донего (конденсация частиц на дно эффективной портенциальной ямы).Траектория захваченной частицы в перпендикулярной к магнитному полюплоскости является практически прямой линией (постоянные поперечныекомпонентыскорости).Какивышеоптимальныеусловияреализациисерфотронного ускорения соответствуют выполнению в начальный моментвремени черенковского резонанса, благоприятной начальной фазы волны иливолнового пакета на несущей частоте, благоприятному знаку компонентыимпульса частицы вдоль волнового фронта (зависит от знака заряда), превышениюамплитудой электрического поля волны или волнового пакета порогового (длязахвата чапсвтицы) значения.С увеличением параметра надкритичности /c размер области серфотронногоускорения волновым пакетом возрастает и, соответственно, существенноувеличивается максимальная энергия ускоренных частиц.
Оптимальным длямаксимального серфотронного ускорения волновым пакетом является захват68частиц на его задней стороне, когда размер области ускорения наибольший. Темпроста энергии захваченноцй частицы возрастает с увеличение фазовой скоростиволны или волнового пакета на несущей частоте.Для неблагоприятных начальных фаз на лоступных для численных расчетовинтервалах времени захвата частиц в режим серфотронного ускорения нет, зарядысовершают циклотронное вращение с довольно большим периодом.
В случаенеблагоприятного знака компоненты импульса частицы вдоль волнового фронта,но при благоприятных остальных параметрах, частица захватывается волной иливолновым пакетом и происходит ее торможение, затем поменяв знак этойкомпоненты скорости заряд начинает сильное серфотронное ускорение. Заметим,что в процессе торможения на фазовой плоскости захваченной частицы траекторияизображающей точки соответствует движению вокруг неустойчивого фокуса.Автор выражает глубокую признательность д.ф.-м.н. Н.С. Ерохину за научноеруководство работой и плодотворные консультации по выбору значенийпараметров задач для численных расчетов, коллективу кафедры прикладнойфизики за обсуждение результатов представленных в диссертации исследований.Публикации автора по теме диссертации1) Мкртичян Г.С., Ерохин Н.С.
Динамика траекторий на фазовой плоскости присерфотронном ускорении электронов с большим продольным импульсомэлектромагнитной волной. // L Всероссийская конференция по проблемам физикичастиц, физики плазмы и конденсированных сред, оптоэлектроники. СекцияФизика плазмы и взаимодействие электромагнитного излучения с веществом,Тезисы докладов, РУДН, Москва. 2014. С.129-133.2) Мкртичян Г.С., Ерохин Н.С., Кузнецов Е.А. Динамика траекторий на фазовойплоскости при серфотронном ускорении заряженных частиц электромагнитнымиволнами в космической плазме.
// IL Всероссийская конференция по проблемамфизики частиц, физики плазмы и конденсированных сред, оптоэлектроники.69Секция Физика плазмы и взаимодействие электромагнитного излучения свеществом, Тезисы докладов, РУДН, Москва. 2013. С.104-108.3) Г.С. Мкртичян, Н.С. Ерохин, Е.А. Кузнецов. Динамика траекторий на фазовойплоскости при серфотронном ускорении заряженных частиц электромагнитнымиволнами в космической плазме. XLVIII Всероссийская конференция по проблемамфизики частиц, физики плазмы и конденсированных сред, оптоэлектроники.Посвящается 100-летию профессора Я.П.
Терлецкого, РУДН, 15-18 мая 2012 г.Тезисы докладов, с.235-238.4) Г.С. Мкртичян, Н.С. Ерохин. Анализ траекторий заряженных частиц на фазовойплоскости при серфинге на электромагнитной волне в плазме. XII конференциямолодых ученых Фундаментальные и прикладные космические исследования.Сборник трудов под редакцией А.М. Садовского, Серия Механика, управление иинформатика, Москва, ИКИ РАН, 2015, с.109-112.5) Г.С. Мкртичян, Н.С. Ерохин. Структура фазовой плоскости при серфингеумеренно релятивистских электронов на электромагнитной волне в плазме.
Xконференция молодых ученых Фундаментальные и прикладные космическиеисследования, 3-5 апреля 2013 года. Сборник трудов под редакцией А.М.Садовского, Серия Механика, управление и информатика, Фонд Династия,Москва, ИКИ РАН, 2014, с.118-122.6)Г.С. Мкртичян, Н.С. Ерохин. Структура фазовой плоскости при захвате исерфотронном ускорении электронов с большим продольным импульсом. XIконференция молодых ученых Фундаментальные и прикладные космическиеисследования, 9-11 апреля 2014 года. Сборник трудов под редакцией А.М.Садовского, Серия Механика, управление и информатика, Москва, ИКИ РАН,2014, с.88-93.7) Мкртичян Г.С., Ерохин Н.С.
Серфинг электронов на электромагнитной волне вплазме при ультрарелятивистском начальном импульсе частицы. LI Всероссийскаяконференция по проблемам динамики, физики частиц, физики плазмы и70оптоэлектроники, Тезисы докладов. Секция «Физика плазмы и взаимодействиеэлектромагнитного излучения с веществом», Москва, РУДН, 2015, с.224-227.8) Г.С. Мкртичян. Динамика траекторий на фазовой плоскости при серфотронномускорении электронов с большим продольным импульсом электромагнитнойволной.
Физика плазмы, 2015, т.41, № 7, с. 629 -633.9) Г.С. Мкртичян. Динамика захвата и последующего серфотронного ускоренияэлектронов электромагнитными волнами в космической плазме“. ВестникЮРГУ, серия “Математика, механика, физика”, 2016, т.8, № 3, с.79-85.10) Мкртичян Г.С., Ерохин Н.С. Динамика серфотронного ускорения электроновэлектромагнитной волной в космическеой плазме в зависимости от продольногоимпульса частиц. Прикладная физика, 2015, № 6, с.43-47.11) Мкртичян Г.С., Ерохин Н.С. Численное моделирование захвата про-тонов врежим серфот-ронного ускорения элек-тромагнитными волнами в космическойплазме (при оптимальных условиях).
Приволжский научный вестник № 11 (51) –2015, с. 5-9.12) Мкртичян Г.С. Серфотронное ускорение позиттрона электромагнитными волнами при умеренно релятивистских начальных энергиях порядка (1.5-12). Успехисовременной науки Том 1, № 2, 2016, с.140-144.13) Мкртичян Г.С. Фазовая плоскость для сертфотронного ускорения частицэлектромагнитными волнами при нереляти-вистской начальной энергии.Актуальные проблемы научных исследований: материалы VII Меж-дународнойнаучно-прак-тической конференции, г. Чебоксары, 2016 г.,ЦНС «ИнтерактивПлюс»,2016-№ 1(7). С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
