Лабораторное моделирование активных плазменных экспериментов в ионосфере и магнитосфере Земли тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, доктор физико-математических наук Костров, Александр Владимирович

• Костров, Александр Владимирович
• доктор физико-математических наук
• 2001

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Костров, Александр Владимирович

Введение

Глава 1. Экспериментальные стенды и методы диагностики параметров плазмы

1.1. Условия моделирования космических явлений в лабораторной плазме. Параметры подобия

1.2. Экспериментальный стенд "Ионосфера"

1.3. Экспериментальный стенд ТН

1.4. Методы диагностики плазмы

Глава 2. Исследование термодиффузионных процессов в замагниченной плазме

2.1. Особенности термодиффузии плазмы в магнитном

2.1.1. "Быстрая" диффузия и термодиффузия плазмы в магнитном поле

2.1.2. Термосила и условие гидродинамического равновесия в замагниченной плазме при локальном нагреве электронов

2.1.3. Мелкомасштабная неустойчивость высокочастотного поля в замагниченной плазме с дефокусируюгцей тепловой нелинейностью

2.2. Экспериментальное исследование термодиффузионных процессов в замагниченной плазме

2.2.1. Динамика термодиффузионного перераспределения плотности замагниченной плазмы при локальном нагреве электронов

2.2.2. Вихревые термодиффузионные токи

2.3. Численное моделирование термодиффузионного перераспределения замагниченной плазмы при локальном нагреве электронов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лабораторное моделирование активных плазменных экспериментов в ионосфере и магнитосфере Земли»

4.2. Исследование импедансов дипольных антенн . 202

4.2.1. Электрическая антенна . 202

4.2.2. Магнитная антенна . 209

4.3. Структура электромагнитных полей дипольных излучателей в однородной магнитоактивной плазме. 215

4.4. Способы увеличения эффективности излучения волн свистового диапазона частот дипольными антеннами . 225

4.5. Влияние нелинейных эффектов в ближней зоне рамочной антенны на её излучательные характеристики . 235

4.6. Излучение "магнитных токов" . 245

4.7. Основные выводы . 252

Глава 5. Каналирование волн свистового диапазона частот неоднородными плазменными структурами . 256

5.1. Формирование дактов плотности в замагниченной плазме. 258

5.2. Каналирование вистлеров в "узких" дактах с пониженной плотностью . 263

5.3. Каналирование вистлеров в "узких" дактах с повышенной плотностью . 279

Глава 6. Взаимодействие модулированного электронного пучка с магнитоактивной плазмой . 291

6.1. Экспериментальная установка ССМ. 292

6.2. Механизмы возбуждения вистлеров . 294

6.3. Переходное излучение модулированного электронного пучка . 297

6.4. Черенковское возбуждение вистперов модулированным электронным пучком . 307

6.5. Релаксация модулированного электронного пучка при взаимодействии с магнитоактивной плазмой . 321

Приложение. Захват ленгмюровских волн внутри вытянутой неоднородности замагниченной плазмы . 324

Заключение . 330

Литература . 335

ВВЕДЕНИЕ

Распространение и взаимодействие электромагнитного излучения с плазмой на протяжении многих десятилетий остается актуальной проблемой экспериментальной и теоретической физики плазмы. Интерес к этой теме стимулирован как термоядерными, так и различными прикладными исследованиями, включая геофизические и астрофизические приложения. Особенность проблемы заключается в том, что в плазме уже при относительно низких значениях напряженности электромагнитного поля могут развиваться нелинейные процессы, приводящие к возникновению совершенно новых плазменных эффектов, которые могут существенно модифицировать параметры окрлокающей среды и, тем самым, повлиять на характеристики распространения высокочастотных волн.

В последние годы достаточно интенсивно проводится изучение основных параметров и физических явлений в околоземной плазме, в связи с многочисленными научными и техническими приложениями. Эти исследования проводятся как пассивными диагностическими методами с помощью приборов, установленных на поверхности Земли и на космических аппаратах (ракетах и ИСЗ), так и методами, основанными на "активном" воздействии на параметры ионосферной и маг-нитосферной плазмы посредством мощного электромагнитного излучения в различных диапазонах частот (с поверхности Земли и с борта ракет и ИСЗ), иткекции пучков заряженных частиц и т. п. В настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал о физических процессах, протекающих в околоземной плазме, однако, полного понимания механизма многих из наблюдаемых эффектов еще не достигнуто. Это обусловлено, главным образом, двумя причинами: недостаточной изученностью процесса, лежащего в основе данного явления, и трудностью оценки относительного вклада уже известных процессов, которые могли бы быть существенными для данного явления.

Следует отметить, что при постановке космических исследований приходиться иметь дело с трудными и дорогостоящими экспериментами. Это обстоятельство оправдывает изучение космических эффектов в модельных экспериментах, проводимых на лабораторных установках, тем более, что основные процессы как в космической, так и в лабораторной плазме (при правильном выборе условий эксперимента) подчиняются одним и тем же закономерностям. Кроме того, в лаборатории можно использовать весь арсенал современной диагностики плазмы и многократно воспроизводить исследуемое явление, целенаправленно варьировать условия его протекания.

В ИПФРАН созданы крупномасштабные экспериментальные стенды, на которых в соответствии с критериями подобия можно моделировать в лабораторных условиях основные параметры ионосферы и магнитосферы Земли и проводить комплексные научные исследования многих физических явлений, протекающих в околоземной плазме.

В настоящей диссертации представлен цикл экспериментальных исследований по моделированию эффектов, возникающих при воздействии интенсивного электромагнитного излучения на околоземную плазму как с поверхности Земли, так со спутников и ракет.

Исследуемые физические явления, сопровождающие процесс инжек-ции электромагнитного излучения и пучков заряженных частиц в за-магниченную плазму, являются актуальными проблемами и для фундаментальной физики плазмы. К этим явлениям относятся: нелинейные эффекты, развивающиеся вблизи области отражения интенсивных электромагнитных волн от замагниченной плазмы, особенности возбуждения и распространения волн свистового диапазона частот, излучаемых как дипольными антеннами, так и пучками заряженных частиц, а также процессы переноса плотности в магнитном поле, определяющие физику нелинейного взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой.

Основные направления лабораторных исследований физических эффектов, возникающих в активных экспериментах в околоземной плазме, сводятся к следующему: разработка основных критериев и законов подобия для конструирования экспериментальных плазменных стендов, на которых можно моделировать основные характеристики ионосферы и магнитосферы Земли; изучение особенностей термодиффузионных процессов в замаг-ниченной плазме при локальном нагреве электронов в условиях, моделирующих эксперименты по воздействию мощного радиоизлучения на .Р-слой ионосферы; исследование основных характеристик сильной ленгмюровской турбулентности, воз буж даемой интенсивными пучками электромагнитных волн. Анализ влияния тепловых и стрикционных эффектов на прохождение электромагнитных волн через плотную плазму; исследование электродинамических характеристик дипольных антенн в магнитоактивной плазме в свистовом диапазоне частот в условиях, моделирующих "активные" эксперименты по излучению и приему электромагнитных волн с борта ИСЗ в ионосфере и магнитосфере Земли; изучение влияния тепловой и стршсционной нелинейностей на работу рамочных излучателей в свистовом диапазоне частот. Исследование возбуждения и каналирования волн свистового диапазона частот в да.ктах с пониженной и повышенной плотностью плазмы; экспериментальное исследование возбуждения волн свистового диапазона с помощью переходного и черенковского излучения при ин-жекции модулированного продольного электронного пучка в магнито-активную плазму.

Научная новизна.

1. Разработаны основные критерии подобия для создания лабораторных экспериментальных стендов, позволяющих моделировать основные параметры активных экспериментов, проводимых в ионосфере и магнитосфере Земли.

2. В условиях, моделирующих параметры ^-слоя ионосферы, впервые экспериментально детально исследован процесс термодиффузии замаг-ниченной плазмы при локальном нагреве электронов.

3. Предложен новый механизм тепловой нелинейности в замагничен-ной плазме в сильном высокочастотном поле, обусловленный действием поперечной термосилы.

4. В лабораторных экспериментах, моделирующих воздействие мощного радиоизлучения на ионосферу, проведены подробные экспериментальные исследования сильной ленгмюровской турбулентности, возбуждаемой интенсивным квазиоптическим пучком электромагнитных волн.

5. Экспериментально обнаружено тепловое просветление "непрозрачной" плазмы в магнитном поле при воздействии интенсивного пучка электромагнитных волн. Проведен анализ диаграмм рассеяния зондирующих волн, прошедших через возмущенную интенсивным пучком электромагнитных волн плазму.

6. В лабораторных условиях, моделирующих излучение волн свистового диапазона частот с ИСЗ, установлено, что импедансы электрической и магнитной антенн определяются параметрами области нарушения квазинейтральности плазмы вблизи поверхности излучателей. Исследованы зависимости импедансов дипольных излучателей свистового диапазона частот от плотности окружающей плазмы, частоты и амплитуды переменного напряжения.

7. Показано, что в зависимости от электрической длины антенн структура электромагнитных полей рамочной и электрической антенн в магнитоактивной плазме в свистовом диапазоне частот определяется различными пространственными гармониками распространяющихся волн в плазме.

8. Предложен способ изменения входного импеданса электрического диполя и управления эффективностью излучения в электромагнитные моды путем изменения его постоянного потенциала,

9. Обнаружено влияние тепловой и стрикционной нелинейностей на электродинамические параметры рамочной антенны, излучающей в свистовом диапазоне частот.

10. Экспериментально исследовано излучение и каналирование волн свистового диапазона при наличии цилиндрических каналов (дактов), вытянутых вдоль магнитного поля с пониженной и повышенной плотностью плазмы.

11. Проведены лабораторные эксперименты по возб}^ждению волн свистового диапазона частот с помощью механизма переходного и че-ренковского излучения при инжекции в плазму модулированного электронного пучка.

Представленные в работе результаты расширяют наши представления по ряду фундаментальных проблем физики плазмы, таких как: взаимодействие мощного радиоизлучения с плазмой, особенности излучения, распространения и каналирования волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме, явления неодномерной диффузии и термодиффузии замагниченной плазмы. Результаты, полученные в диссертации, позволяют детально разобраться в физических эффектах, наблюдаемых в "активных" экспериментах в ионосфере и магнитосфере Земли. Кроме того, достаточно полные исследования, которые были выполнены в лаборатории, в условиях, моделирующих основные параметры околоземной плазмы, позволяют прогнозировать результаты новых планируемых исследований в космосе, а также предлагать программы новых "активных" экспериментов в околоземной плазме.

Лабораторные исследования процессов возб}окдения волн свистового диапазона частот сторонними источниками имеют большое практическое значение, в частности, в приложении к проблеме телекоммуникации для излл/нения низкочастотных волн большой амплитуды в ионосфере и магнитосфере Земли. Несомненную практическую ценность имеют результаты по изучению нелинейных эффектов, развивающихся в ближней зоне антенн. Знание основных свойств и закономерностей развития нелинейных эффектов позволяет управлять эффективностью излучения и диаграммой направленности дипольных источников в свистовом диапазоне частот.

В Первой главе обосновываются критерии подобия, необходимые для моделирования космических явлений в лабораторных условиях. Представлено описание двух специально созданных для задач моделирования экспериментальных стендов. Рассмотрены принципы работы основных диагностик, используемых в представленных в диссертации экспериментах.

Основные условия, предъявляемые к экспериментальным установкам, предназначенных для лабораторного моделирования физических явлений в космосе, приводятся в разделе 1.1. Показано, что возможность моделирования космических электромагнитных явлений основывается на так называемых законах подобия, которые указывают как должны соотноситься между собой основные безразмерные физические величины в космическом объекте и его лабораторном аналоге. Инвариантом для дальнейшего масштабирования является предположение, что все невозмущенные скорости в космических явлениях и в лабораторном эксперименте должны быть одинаковыми. Отсюда следует, что уравнения Максвелла, уравнение движения частиц, кинетическое уравнение удовлетворяют законам подобия. Для моделирования электромагнитных явлений необходимо, чтобы тензор диэлектрической проницаемости плазмы не менялся при пересчете. Обосновывается понятие качественного моделирования. Приводятся требования к размерам экспериментальных установок для проведения моделирования в приближении неограниченной плазмы.

В разделе 1.2 содержится описание экспериментального стенда "Ионосфера". Широкий диапазон изменения параметров плазмы и магнитного поля, большие размеры стенда позволяют в лабораторных условиях моделировать по параметрам подобия многие физические явления, происходящие в ионосфере и магнитосфере Земли.

В разделе 1.3 рассмотрены основные характеристики экспериментального стенда ТН-1, созданного для моделирования в лабораторных условиях физических эффектов, возникающих в ионосфере при воздействии мощного радиоизлучения. Квазиоптические условия распространения электромагнитного излучения (Л = 8 мм) позволили максимально приблизить постановку лабораторных экспериментов к натурным по взаимодействию электромагнитных волн с плазмой в ,Р-слое ионосферы.

Исследования на этом стенде проводились в двух направлениях.

1. Изучались основные характеристики сильной ленгмюровской турбулентности, возбуждаемой пучком электромагнитных волн.

2. Детально исследовалось возмущение плотности плазмы под действием интенсивной волны и изучалось влияние нелинейных изменений электродинамических свойств плазмы на распространение электромагнитных волн.

В разделе 1.4 рассматриваются принципы работы основных диагностик, используемых в экспериментах, таких как: двойной и многосеточный зонды, антенна-зонд для анализа низкочастотных флуктуации в плазме, СВЧ резонансный зонд, двойной плоский зонд, измерение амплитуды и поляризации электрического поля в плазме методом запрещенных переходов в Hei, рассеяние СО2 лазера на низкочастотных флуктуациях плазмы, анализ турбулентной области плазмы зондирующим электронным пучком, измерение импедансов дипольных источников в плазме, измерение дисперсионных свойств, возбуждаемых волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме.

Изучению особенностей термодиффузионных явлений в замагничен-ной плазме при локальном нагреве электронов посвящена Вторая глава. Эти явления являются определяющими в процессах взаимодействия электромагнитного излучения с плазмой где, как правило, происходит локальный нагрев электронов и времена перераспределения плотности плазмы под действием градиента электронной температуры определяют характерные инкременты развития тепловых неустойчивостей в активных экспериментах по воздействию мощных радиоволн на ионосферу в области F-слоя. п.2.1.1 посвящен обсуждению возможности и условии реализации "быстрой" неодномерной диффузии и термодиффузии плазмы в магнитном поле. Процессы переноса в замагниченной плазме при наличии локальных не однородно ст ей в фоновой плазме могут существенно измениться по сравнению с изотропной плазмой. Из условия квазинейтральности (diу je = div ji, где je и соответственно электронные и ионные токи) следует, что расплывание неоднородности в анизотропной плазме может происходить с возбуждением замкнутых вихревых электрических токов. При этом электроны диффундируют вдоль магнитного поля, ионы — поперек, а квазинейтральность обеспечивается за счет потоков частиц из фоновой плазмы. Такая неодномерная диффузия или термодиффузия за счет протекания вихревых токов по фоновой плазме происходит значительно быстрее, чем в одномерной ситуации вдоль или поперек магнитного поля. Времена перераспределения плотности определяются электронным продольным или ионным поперечным коэффициентами переноса. Характерной особенностью термодиффузионных явлений в плазме является возможность существования стационарных состояний, когда градиент суммарного давления, определяемый плотностью и температурой электронов и ионов, магнитным полем и давлением нейтрального газа, обращается в нуль (гидродинамическое равновесие).

В п.2.1.2 обсуждается вопрос влияния термосилы на условия одномерного гидродинамического равновесия плазмы. Термосила возникает в случае, когда частота столкновений зависит от скорости частиц и в системе имеется градиент температуры. Рассмотрены условия гидродинамического равновесия с учетом термосилы для изотропной и замагниченной плазмы. Обращается внимание на тот факт, что при определяющей кулоновской частоте столкновений, что типично для параметров ионосферы в области .Р-слоя, коэффициент термодиффузии поперек магнитного поля может быть отрицательным.

В п.2.1.3 теоретически рассмотрена тепловая нелинейность и мелкомасштабное расслоение замагниченной плазмы с кулоновскими соударениями в высокочастотном поле. Показано, что нагрев электронов высокочастотным полем может приводить к увеличению плотности плазмы в области нагрева. Эта особенность объясняется влиянием поперечной термосилы на процессы переноса. В такой плазме исследована квазистатическая неустойчивость для случая, когда вектор электрического поля перпендикулярен внешнем}^ магнитному полю. Определены пороговые значения поля для развития неустойчивости, максимальные величины инкрементов и волновых чисел наиболее быстро растущих возмущений. Качественно проанализированы стационарные структуры нелинейных плазменных образований.

Раздел 2.2 посвящен экспериментальному исследованию термодиффузионных эффектов в замагниченной безграничной плазме с куло-новскими соударениями. Эксперименты выполнялись на стенде "Ионосфера". В однородную, изотермическую плазму помещалась миниатюрная рамочная антенна, к которой подводился импульс высокочастотного напряжения, достаточного для нагрева электронов в ближнем поле антенны. Основные параметры эксперимента выбирались таким образом, чтобы характерные пространственные масштабы возмущений температуры, концентрации были значительно меньше характерных размеров установки.

Анализу эволюции температурного профиля электронов и динамики перераспределения плотности замагниченной плазмы при локальном нагреве электронов посвящен п.2.2.1. Установлено, что от источника нагрева вдоль магнитного поля распространяется нелинейная тепловая волна с резким передним фронтом, который движется с постоянной скоростью. Тепловая волна из-за неоднородного поперечного нагрева электронов имеет вид конуса, обращенного основанием к источнику нагрева. Получено, что стационарные пространственные продольные и поперечные масштабы температурного профиля определяются потерями энергии из-за столкновений с тяжелыми частицами.

Одновременно с анализом динамики нагрева температуры электронов исследовалась динамика возмущения плотности плазмы. Обнаружено, что под действием градиента давления частицы из более нагретой области плазмы вытесняются в менее нагретую, образуя канал пониженной плотности, вытянутый вдоль внешнего магнитного поля. Установлено, что времена термодиффузионного перераспределения плотности плазмы практически совпадают с временем энергетической релаксации электронов = —^ . Этот результат свидетельствовал о режиме неодномерной термодиффузии плазмы с возбуждением замкнутых вихревых токов. В условиях эксперимента время перераспределения плотности определялось продольным электронным коэффициентом диффузии = . Установлено, что при достижении квазистационарного состояния системы вблизи источника нагрева, плотность плазмы вне канала начинает уменьшаться, вследствие обратного затекания плазмы внутрь канала. Такое поведение плазмы, как показал дальнейший анализ, связан с действием поперечной термосилы.

В п.2.2.2 представлены экспериментальные результаты исследований вихревых токов, возникающих в замагниченной плазме в процессе неодномерной термодиффузии. Исследование динамики пространственных распределений электронных и ионных потоков в плазме производилось с помощью двойного плоского зонда. Прямыми измерениями установлено, что электроны диффундируют вдоль, ионы — поперек магнитного поля, а замыкание тока происходит по фоновой плазме. Показано, что замыкание потоков по фоновой плазме приводит к перераспределению фоновых частиц и возникновению областей уменьшения концентрации плазмы вне области нагрева. После выключения источника нагрева, направление диффузионных токов электронов и ионов изменяется на противоположное по сравнению с процессом термодиффузии, т. е. релаксация возмущений концентрации плазмы также происходит с протеканием макроскопических вихревых токов.

Численные расчеты динамики неодномерной термодиффузии плазмы для условий нашего эксперимента были выполнены Л. Е. Куриной и представлены в разделе 2.3. Исследовалось совместное распределение концентрации и температуры электронов замагниченной плазмы при нагреве её электронной компоненты внешним локализованным электромагнитным источником. Расчеты проведены на временах как больших, так и меньших времен энергетической релаксации температуры электронов. Результаты численного моделирования показали, что процесс неодномерной термодиффузии сопровождается образованием глобальных ячеек "вихревых токов", замкнутых по фоновой плазме. Сопоставление результатов численного моделирования пространственно-динамических структур плотности плазмы, продольного и поперечных токов с реальным экспериментом показало хорошее их соответствие. Кроме того, численное моделирование позволило объяснить некоторые наблюдаемые в эксперименте результаты. В частности, на временах больших энергетической релаксации электронов, когда пхзодольный масштаб области нагрева электронов становится больше поперечного, в области источника нагрева, где УцТе = 0, наблюдалось увеличение плотности плазмы на оси системы и з^меныпение вне области нагрева. Показано, что этот эффект связан с влиянием поперечной термосилы на процесс одномерной термодиффузии поперек магнитного поля. При этом плазма затекает в область нагрева электронов поперек магнитного поля и затем начинает диффундировать вдоль поля, т. к. условия гидродинамического равновесия в поперечном и продольном направлениях к магнитному полю различны.

Обсуждение основных результатов, полученных во второй главе, представлено в заключительном разделе 2.6. В этом разделе также представлен анализ экспериментальных данных о динамике развития мелкомасштабных неоднородностей плотности в ионосфере при возбуждении тепловой параметрической неустойчивости вблизи области верхнегибридного резонанса. Оценки характеристик времен перераспределения плотности в неоднородностях показывают, что процесс термодиффузии в ионосфере в области .Р-слоя протекает аналогично, как и в модельном лабораторном эксперименте с возбуждением вихревых токов по фоновой плазме, т. е. с временами, определяемыми униполярными коэффициентами термодиффузии. Анализ результатов исследований нелинейных явлений, возникающих в ^-слое ионосферы при воздействии мощного радиоизлучения, позволил установить, что затравочные мелкомасштабные неоднородности для развития тепловой параметрической неустойчивости создаются вследствие возбуждения стрикционной неустойчивости. Эта неустойчивость развивается в первые моменты времени после включения волны накачки вблизи области плазменного резонанса (cj ~ tope).

Поэтому следующей задачей модельных экспериментов являлось детальное изучение в лабораторных условиях с использованием разнообразных диагностических средств основных закономерностей развития стрикционной ленгмюровской турбулентности в поле интенсивного электромагнитного излучения. Экспериментальному исследованию нелинейного взаимодействия интенсивного пучка электромагнитных волн с плотной плазмой посвящена Глава 3.

В качестве источника мощных СВЧ колебаний применялся гиротрон на рабочей длине волны А = 8 мм в импульсе 200 (леек. Линейно поляризованный пучок электромагнитных волн с распределением электрического поля по поперечной координате близким к гауссову формировался с помощью зеркал-корректоров и фокусировался в центр вакуумной камеры. Столб плазмы с поперечными размерами Ln ¡=з 8 см, температурой электронов и ионов соответственно Те ~ 10 эВ и Т{ = 1 эВ находился в вакуумной камере диаметром 20 см и длиной 100 см. Плазма создавалась в атмосфере трех сортов газа: аргона, гелия и воздуха при давлении от 2 • 10~3 --.- Ю-2 Topp в относительно слабом магнитное

Важным фактором для понимания процессов, происходящих в области взаимодействия волны накачки с плазмой, является информация о функции распределения электронов по энергии. Результаты соответствующих измерений приведены в п.3.1.1 данной главы. Исследования, проводимые с помощью многосеточного анализатора и двойных зондов, показали, что при превышении поля волны накачки порогоблизкой к критической, возникает заметное количество надтепловых электронов. Обнаружено, что средняя энергия закоренных электронов поле Hi о вблизи области плазмы с плотностью, с ростом амплитуды поля достигала насыщения (Тэфф ~ 200 эВ). Число ускоренных частиц монотонно увеличивалось при возрастании поля накачки.

Функция распределения электронов поля имела существенно немонотонную зависимость от энергии, что свидетельствовало о возникновении в плазме пучков (групп) }<гскоренных частиц. Вблизи порогового значения поля накачки характерной особенностью наблюдаемых спектров электронов являлось наличие граничной энергии, выше которой ускоренных частиц нет.

На основании экспериментальных результатов сделан вывод, что ускорение электронов в области взаимодействия волны накачки с плазмой связано с развитием модуляционной неустойчивости. При этом образуются солитоноподобные полости — каверны, заполненные высокочастотным полем. Наличие пучков электронов может быть объяснено возбуждением почти периодической решетки ленгмюровских соли-тонов. Пучки электронов формируются вблизи фазовых скоростей бе-гл'щих пространственных гармоник. Показано, что основной масштаб периодической структуры, определяемый максимумом инкремента модуляционной неустойчивости, находится в диапазоне от 80до200гое

Численное моделирование деформации функции распределения электронов в поле периодически расположенных ленгмюровских солитонов показало качественное соответствие с экспериментальными результатами. Получено, что при случайном расположении солитонов функция распределения электронов является плавной кривой и ни пучков, ни верхней границы по энергиям не наблюдалось.

В п.3.1.2 представлены результаты экспериментальных исследований сильной ленгмюровской турбулентности зондирующим электронным пучком. Основная идея этой диагностики основана на измерении деформации энергетического спектра электронов пучка, прошедших через турбулентную область плазмы в зависимости от начальной энергии пучка. Обнаружено, что при превышении амплитуды поля накачки порогового значения для развития модуляционной неустойчивости существует выделенная область энергии электронного пучка, при которой наблюдалась деформация энергетического спектра электронов. Показано, что в плазме возбуждается узкий пакет ленгмюровских волн с характерным масштабом Апл ~ 100г£е, обладающий, по-видимому, максимумом инкремента модуляционной неустойчивости. Амплитуда поля в такой нелинейной стоячей плазменной волне достигала величины 7кВ/см, что хорошо согласуется с результатами оптических измерений (см. п.3.1.3).

Установлено, что при значительном увеличении амплитуды волны

-А накачки -~ 10 относительно порогового значения в плазме возите ] буждается широкии пространственный спектр ленгмюровских волн, что свидетельствовало об образовании вблизи критической плотности хаотических структур локализованных несфазированных сгустков высокочастотного поля — солитонов.

В п.3.1.3 представлены измерения амплитуды и поляризации высокочастотного поля в турбулентной плазме оптической диагностикой, основанной на анализе относительной интенсивности запрещенных переходов в гелии. о

Для исследований были выбраны две линии гелия (А = 4922 А, А = о 4472 А), вблизи которых имеются запрещенные компоненты.

В "холодной" плазме в отсутствие волны накачки обнаружено излучение на частоте запрещенных переходов. Это излучение связано с наличием в плазме квазистатических электрических полей, создаваетсоп мых заряженными частицами. В прозрачной плазме (/Уе < ^екр =--;

4-ке2, т — масса электрона, е — заряд электрона) производилась калибровка относительного излучения линий сателлитов по известному полю волны накачки. Вблизи критической плотности плазмы (7Уе ~ ^екр) возбуждение плазменных волн приводило к увеличению относительной интенсивности линий сателлита, Амплитуда возбуждаемых волн при увеличении электрического поля накачки (—- > 4 • 10^2) достигала насыуТе / щения и плотность энергии плазменных волн соответствовала значению 10 1МеТе. С помощью поляризационного анализа излучения линий сателлитов установлено, что в турбулентной плазме происходило уве—* личение продольной (вдоль волнового вектора к) составляющей электрического поля. Амплитуда этой составляющей поля достигала уровня поперечной компоненты.

Исследование низкочастотных флуктуаций в турбулентной плазме представлено в п.3.1.4. Изучение спектров ионно-звуковых колебаний проводилось зондовыми методами, по надтепловому излучению плазмы и методом коллективного рассеяния излучения СО2 лазера.

Экспериментальные результаты по измерению нетеплового электромагнитного излучения турбулентной плазмы приведены в п.3.1.4.1.

Показано, что электромагнитной излучение неравновесной плазмы связано с рассеянием высокочастотных плазменных волн на ионно-звуковых.

Нетепловое электромагнитное излучение регистрировалось методом гомодинного преобразования, т. е. выделялась резонансная частота (соответствующая частоте ионного звука) между интенсивным сигналом волны накачки и излучением из плазмы.

Вблизи пороговых значений поля волны накачки в спектре нетеплового излучения наблюдалась выделенная частота, что свидетельствовало о наличии в плазме выделенных пространственных масштабов

100 гие) плазменных волн.

Показано, что нетепловое излучение имеет диаграмму направленности, которая формируется при распространении излучения в неоднородной плазме. На основании измерения полной мощности нетеплового излучения получено, что плотность энергии ионно-звуковых волн не превышает уровень 10-47УеТе. В этом разделе приведены также результаты измерений основных характеристик ионно-звзчсовых волн, полученных с помощью ленгмюровского зонда. По результатам зондовых измерений проведена оценка плотности энергии ионно-звуковых волн и показано, что эта величина не превышает уровень 104~10"5]УеГе. Показано, что ионно-звуковая неустойчивость может возбуждаться током в плазме, который возникает для компенсации потока быстрых электронов, покидающих турбулентную область.

Наиболее полная информация о пространственно-временных спектрах и интегральном уровне плотности энергии ионно-звуковых волн, возбуждаемых в плазме интенсивной электромагнитной волной, была получена методом коллективного рассеяния СО2 лазера (п.3.1.4.2). Эта работа выполнена совместно с сотрудниками Санкт-Петербургского Политехнического института им. М. И. Калинина.

Для зондирования турбулентной плазмы использовался гибридный СО2 лазер. Мощность лазера составляла 10-25 кВт при длительности импульса ти = 5 ¡1С. Регистрация рассеянного в плазме излучения проводилась гомодинным детектированием на квадратичном полупроводниковом фотоприемнике. Установлена временная корреляция между появлением сигнала биений с фотоприемника и сигнала ускоренных электронов. Анализ полученных данных показал, что при воздействии на плазму электромагнитной волны вблизи критической плотности возбуждаются ионно-звуковые волны с выделенным направлением максимальной интенсивности вдоль электрического поля накачки. Возбуждаются, в основном, длинноволновые ионно-звуковые волны с длинами волн Л5 ~ 102Ч-103гве и плотностью энергии ( * ~ 10~71 значительно iVgtg / меньшей плотности энергии, запасенной в ленгмюровских колебаниях.

Исследование дополнительной ионизации плазмы быстрыми электронами, возникающими при нелинейном поглощении энергии волны накачки, рассмотрено в п.3.1.5. Дополнительная ионизация изучалась в плазме трех газов: аргона, гелия и воздуха. Получено, что наименьший эффект увеличения плотности вторичной плазмы наблюдался в гелии. Различие эффектов дополнительной ионизации быстрыми электронами в разных газах связано с отличием потенциалов и сечений ионизации. Вследствие того, что время потерь вторичной плазмы значительно больше характерного времени ионизации, наблюдалось накопление вновь образованной плазмы и плотность её могла на несколько порядков превышать плотность ускоренных электронов. Появление ускоренных электронов в прозрачной плазме (]Уе ^ ДзКр) приводило вследствие эффекта накопления плотности вторичной плазмы к экранировке электромагнитного излучения. В пространственно неоднородной плазме ионизация вызывала перемещение области взаимодействия поперек магнитного поля с диффузионной скоростью навстречу падающему излучению волны накачки.

В разделе 3.4 рассмотрены экспериментальные результаты по исследованию макроскопических эффектов изменения плотности плазмы вследствие теплового нагрева электронов при распространении интенсивного пучка электромагнитных волн как поперек, так и вдоль внешнего магнитного поля. Особенностью тепловой нелинейности в замаг-ниченной плазме является существенная анизотропия теплопроводности электронов, что приводило вследствие термодиффузионного перераспределения плотности к просветлению непрозрачной плазмы и созданию эффективных плазменных линз для зондирующего излучения.

Анализ возмущений плотности плазмы при воздействии интенсивного пучка электромагнитных волн производился с помощью зондирующих волн с частотами близкими к частоте накачки.

При распространении квазиоптического пучка волн поперек внешнего магнитного поля (п.3.2.1) обнаружено, что вследствие столкнови-тельного нагрева электронов и последующей неодномерной термодиффузии в непрозрачной плазме образовывался слой пониженной плотности (7Уе < Дзкр)> вытянутый вдоль магнитного поля. Показано, что нелинейное поглощение электромагнитной энергии, связанное с возбуждением модуляционной неустойчивости, приводило к более эффективному нагреву и просветлению плазмы по сравнению с омическим столк-новительным нагревом.

Исследована пространственная структура поля зондирующих волн необыкновенной и обыкновенной поляризаций, прошедших через воз-мущеннлчо волной накачки плазму. Установлено, что узкий канал (Ь ~ ~ А0) с пониженной плотностью в непрозрачной плазме является эффективной антенной (пннэой) для зондирующих волн, чем при создании аналогичного канала в прозрачной плазме.

При распространении волнового пучка накачки вдоль внешнего магнитного поля (п.3.2.2) и длительности импульса меньше энергетического времени температуры электронов получено, что вследствие "быстрой" термодиффузии происходило перераспределение плотности плазмы поперек магнитного поля. При этом была создана эффективная дол-гоживущая плазменная линза для зондирующих волн с частотами близкими к волне накачки.

В разделе 3.3 обсуждаются основные свойства ленгмюровской турбулентности, возбуждаемой вблизи области плазменного резонанса (о;0 ~ <^ре) полем интенсивного пучка электромагнитных волн.

В Главе 4 приводятся результаты исследований электродинамических характеристик дипольных излучателей волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме (б^нг < ^о < <^нг <С где о;нг — частота нижнегибридного резонанса). Эти работы были стимулированы проводимыми и планируемыми экспериментами в околоземной плазме по излучению свистовых волн с борта ИСЗ.

Во введении 4.1 рассмотрены дисперсионные свойства волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме. Обсуждается вопрос о влиянии двойного слоя вблизи поверхности излучателей в плотной плазме на их импедансные характеристики.

Измерения импедансов рамочной и штыревой антенн в широком диапазоне изменений плотности плазмы представлены в разделе 4.2. Показано, что импедансы этих дипольных излучателей определяются, главным образом, параметрами нелинейного, в общем случае, двойного слоя вблизи поверхности антенн. Исследованы нелинейные зависимости импедансов антенн от амплитуды высокочастотного напряжения, подводимого к изл}'тчателям.

Обнаружена резонансная зависимость импеданса рамочной антенны от плотности плазмы и амплитуды высокочастотного напряжения на источнике. Предложена эквивалентная схема магнитной антенны в плазме, представляющая собой параллельный колебательный контур.

Установлено, что высокая эффективность излучения квазипродольных вистлеровских волн рамкой, ориентированной плоскостью перпендикулярно внешнему магнитному полю, связана с замедлением волны тока по проводнику излучателя и появлением электрического момента у рамочной антенны.

Раздел 4.3 посвящен исследованию структуры электромагнитных полей дипольных излз^чателей в однородной магнитоактивной плазме. Установлено, что распределение энергии по пространственному спектру изучаемых волн, т. е. коэффициенты возбуждения электромагнитной и электростатической мод существенно зависят от электрической длины антенн. В сильно разреженной плазме —— а<1,а — эффективный размер излучателя^ антенны электрического и магнитного типа возбуждают преимущественно квазипотенциальные волновые моды. В ющие электромагнитной моде — квазипродольным вистлерам и волнам конической рефракции.

В разделе 4.4 предлагается метод электродинамического управления импедансом электрического излучателя (или приемной системы), основанный на "смещении" его статического потенциала относительно потенциала среды. Экспериментально показано, что максимальное увеличение излучаемой электрической антенной мощности достигается при потенциале на излучателе приблизительно равном потенциалу плазмы. Увеличение мощности излучения вблизи потенциала плазмы может быть использовано как метод диагностики температуры электронов.

В разделе 4.5 обсуждаются результаты экспериментов по влиянию нелинейных эффектов в ближней зоне рамочной антенны на её из-лучательные характеристики. В этих экспериментах на излучающую электростатически экранированную рамочную антенну одновременно подавалось два высокочастотных сигнала — непрерывный зондирующий сигнал малой мощности (Р ~ 1 Вт) и мощный импульс накачки с более плотной плазме соответству

Ро — 100 Вт) длительностью 1,5 мс. Исследовалось влияние нелинейных эффектов, развивающихся в поле волны накачки, на электродинамические характеристики излучающей антенны для зондирующих сигналов. Показано, что тепловая нелинейность развивающаяся в ближнем поле антенны, формирует вытянутый вдоль внешнего магнитного поля дакт плотности, который изменяет диаграмму направленности излучаемых антенной электромагнитных волн. Установлено, что стрикционная нелинейность, которая модифицирует параметры двойного слоя вблизи поверхности антенны, определяет её входной импеданс для зондирующих волн. Этот эффект может быть использован для согласования излучающих антенн с плазмой. Показано, что в результате нелинейных эффектов в плазме эффективно возбуждались волны на комбинационных частотах волны накачки и зондирующего сигнала.

Экспериментальные результаты по исследованию излучения волн свистового диапазона замкнутыми кольцевыми "магнитными токами" представлены в разделе 4.6. "Магнитный ток" создается с помощью ферритового кольца, внутри которого сосредоточено переменное магнитное поле, возбуждаемое намотанной на магнитопровод катушкой. Показано, что эффективная длина эквивалентного электрического вибратора, созданного "магнитным током", может значительно превышать геометрические размеры ферритового кольца. Изменением числа возбуждающих витков можно изменять входной импеданс антенны.

Эксперименты показали, что структура поля излучения феррито-вой антенны значительно отличается от структуры поля рамочной антенны. Уровень излучения волн свистового диапазона ферритовой антенны почти на порядок больше, чем у рамки. При уменьшении плотности плазмы, т. е. при уменьшении электрической длины излучателя, ферритовая антенна, как и рамочная, начинает эффективно возбуждать квазипотенциальные волны.

В Главе 5 приведены результаты исследований волноводного распространения волн свистового диапазона частот в дактах с пониженной и повышенной на оси плотностью плазмы. В основном изучалось каналирование волн свистового диапазона частот в "узких" дактах, ширина которых соизмерима с длиной волны продольного вистлера. Эти исследования представляют интерес для выяснения возможности и физических особенностей каналирования свистовых волн "узкими" как искусственными, так и естественными неоднородностями в ионосфере и магнитосфере Земли.

В работе предложен метод формирования дактов плотности, основанный на термодиффузионном перераспределении плотности плазмы при локальном нагреве ближним полем рамочной антенны (раздел 5.1). Так как структура вихревого электрического поля рамки антенны неоднородна по радиусу, то, изменяя диаметр рамки, который может быть как больше, так и меньше поперечной длины теплопроводности, можно добиться образования в замагниченной плазме сильно вытянутых вдоль магнитного поля дактов как с пониженной, так и повышенной плотностью плазмы.

Результаты численного моделирования процессов формирования дактов различной структуры находятся в хорошем согласии с данными лабораторного эксперимента.

В разделе 5.2 приведены результаты исследований волноводного распространения волн вистлеровского диапазона в дактах с пониженной на оси плотностью плазмы. Для формирования дакта использовалась рамочная антенна диаметром меньшим или порядка поперечной длины теплопроводности. В результате теплового нагрева электронов и термодиффузионного перераспределения плотности вдоль магнитного поля формируется дакт сложной формы, представляющий собой область пониженной концентрации на оси системы, вокруг которой расположен кольцевой слой с повышенной плотностью относительно фонового значения. Результаты амплитудных и фазовых измерений волн, распространяющихся в таком канале, показывают, что при наличии дакта сложной формы происходит пространственное разделение волн конической рефракции и квазипродольных вистлеров. В центральной части плазменного канала имеет место волноводное распространение локализованных волн конической рефракции, а в кольцевом слое с повышенной плотностью — волноводное распространение квазилока-лизованных вистлеров. Сопоставление результатов теоретических расчетов высокочастотной компоненты магнитного поля волн в канале с пониженной плотностью с экспериментальными данными показывает хорошее качественное и количественное согласие.

В разделе 5.3 исследуется каналирование электромагнитных волн в "узких" дактах с повышенной на оси плотностью плазмы. Для создания требуемого профиля концентрации плазмы использовалась антенна радиуса, большего поперечной длины теплопроводности. Резлгль-таты амплитудных и фазовых измерений показали существование ква-зилокализованных мод свистовых волн, распространяющихся в канале. Показано, что канал лучше удерживает моды с более высокими частотами, что объясняется малым столкновительным затуханием волн в канале и малым эффектом трансформации вистлеров в квазипотенциальные волны. Установлено, что при увеличении частоты и переходе в диапазон соне/2 < о;0 < сине утечка энергии из канала возрастает. На основании проведенных исследований показано, что утечка квазилока-лизованных мод вистлера из канала с повышенной на оси плотностью плазмы, имеющего ширину, сравнимую с характерной длиной свистовой волны, мала при условии сице >> а>0, когда поперечные масштабы захваченных в канал свистовых мод и вытекающих волн существенно различаются.

В Пиаве 6 приведены результаты лабораторного моделирования еще одного возможного способа возбуждения волн свистового диапазона частот в околоземной плазме. Способ основан на инжекции модулированного электронного пучка в магнитоактивную плазму. Эти эксперименты были выполнены в Лаборатории физики газов и плазмы (XI Парижский университет). Результаты экспериментов демонстрируют, что при инжекции модулированного пучка в плазму свистовые волны возбуждаются двумя принципиально разными механизмами: во-первых, с помощью нерезонансного процесса переходного излучения при пересечении пучком границы раздела двух сред (например, поверхности космического аппарата или стенки вакуумной камеры) и, во-вторых, в процессе резонансного взаимодействия волны с модулированным пучком.

Рассмотрены условия резонансного взаимодействия свистов с модулированным пучком и показаны условия, в которых выполнение этих условий невозможно (в частности, в плотной магнитоактивной плазме с концентрацией, превышающей некоторое критическое значение).

Исследовано черенковское излучение волн свистового диапазона частот для случая продольной инжекции пучка. Получено, что продольная длина волны черенковского излучения не зависит от параметров окружающей плазмы и равна пространственному периоду модуляции пучка. Возбуждение вистлеров в процессе резонансного взаимодействия с электронным пучком наблюдается только при концентрациях плазмы, меньших соответствующего критического значения. Проведены исследования процесса релаксации модулированного электронного пучка при взаимодействии с магнит оактивной плазмой. Показано, что эффективное излучение вистлеров сопровождается трансформацией функции распределения пучка, средняя энергия электронов пучка уменьшается, ширина функции распределения растет и на ней формируется область плато.

В Приложении представлены экспериментальные результаты по возбуждению и захвату верхнегибридных ленгмюровских волн в мел-комасштабн}'ю цилиндрическую неоднородность с пониженной плотностью плазмы. Постановка этих экспериментов была стимулирована теоретическими работами, в которых обсуждается возможность дополнительного нагрева электронов ленгмюровскими волнами, захваченными в плазменные неоднородности, которые наблюдаются в активных экспериментах по воздействию мощного радиоизлучения на ионосферу. В лабораторном эксперименте обнаружено, что в искусственно созданной цилиндрической неоднородности плазмы происходил захват ленгмюровских волн только в том случае, если плотность плазмы внутри неоднородности в некоторой точке пересекает уровень верхнегибридного резонанса. Установлено, что возбуждение стоячей структуры плазменного резонатора наблюдалось только в случае, когда частота высокочастотного поля си0 была больше двойной циклотронной частоты. Этот результат свидетельствовал о захвате в плазменную неоднородность верхнегибридных волн, для которых существенна пространственная дисперсия, определяемая тепловыми эффектами. В проведенных экспериментах показано, что возможно накопление энергии верхнегибридных ленгмюровских волн в плазменном резонаторе, представляющем собой неоднородность цилиндрической формы с пониженным значением электронной плотности.

Заключение диссертации по теме «Физика плазмы», Костров, Александр Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе разработанных критериев частичного моделирования созданы крупномасштабные лабораторные плазменные стенды, позволяющие моделировать основные параметры активных экспериментов, проводимых в ионосфере и магнитосфере Земли.

2. Впервые экспериментально исследован процесс неодномерной термодиффузии в замагниченной плазме при локальном нагреве электронов. Прямыми измерениями установлено, что термодиффузия и диффузия происходят с возбуждением вихревых макроскопических токов. В этом случае электроны диффундируют вдоль, ионы — поперек магнитного поля, а замкнутый ток создается фоновыми частицами. Характерные времена неодномерного термодиффузионного перераспределения плотности плазмы определяются наибольшим из времен, определяемым электронным продольным или ионным поперечным униполярными коэффициентами термодиффузии.

3. Показано, что в замагниченной плазме с кулоновскими соударениями нагрев электронов высокочастотным полем может приводить не к вытеснению плотности поперек магнитного поля, а, наоборот, к повышению её концентрации, благодаря влиянию поперечной термосилы. Проведено исследование мелкомасштабной тепловой неустойчивости высокочастотного поля в замагниченной плазме с учетом поперечной термосилы.

4. В экспериментах по исследованию взаимодействия интенсивного квазиоптического пучка электромагнитных волн с плотной замагниченной плазмой, аналогичным по постановке "активным" экспериментам по воздействию мощного радиоизлучения на ионосферу, обнаружено, что процесс нелинейного поглощения электромагнитной энергии вблизи критической плотности сопровождается генерацией быстрых электронов, возбуждением ленгмюровских и ионно-звуковых плазменных волн. Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что в плазме под действием интенсивной волны накачки возбуждается модуляционная неустойчивость, сопровождающаяся образованием в пространстве почти периодической структуры ленгмюровских солитонов. Характерный масштаб периодической плазменной структуры порядка 100 дебаевских радиусов. С увеличением амплитуды поля волны накачки электрическое поле в солитонах достигало квазистационарного значе

Е20 ния, соответствующего высокому уровню плотности энергии-~

8тг7УеГе Ю-1. Установлено, что плотность энергии, заключенная в ионно-зву-ковых волнах, значительно меньше, чем в ленгмюровских, и не превышает значения 10~4.

5. Обнаружено и исследовано тепловое просветление столба непрозрачной плотной плазмы в магнитном поле при поперечном воздействии интенсивного квазиоптического пучка электромагнитных волн. Установлено, что вследствие анизотропии коэффициентов переноса, в плазме образл'ется канал щелевой формы с пониженной плотностью вытянутый вдоль магнитного поля. Показано, что создание в закритиче-ской плазме узкого (поперечный размер порядка длины волны) канала с пониженной плотностью является эффективной линзой (антенной) для зондирующих волн обыкновенной и необыкновенной поляризаций.

Получено, что при воздействии на плотную плазму интенсивного электромагнитного пучка, распространяющегося вдоль внешнего магнитного поля, вследствие теплового нагрева электронов и "быстрого" термодиффузионного перераспределения плотности молсет быть создана эффективная долгоживущая плазменная линза для зондирующих волн.

6. В лабораторных экспериментах, моделирующих излучение волн свистового диапазона с борта ИСЗ в ионосфере и магнитосфере Земли, получено, что на входной импеданс антенн в плазме сильное влияние оказывает область нарушения квазинейтральности (двойной слой) вблизи поверхности излучателей. Показано, что параметры двойного слоя, а следовательно входного импеданса излучателей, являются сильно нелинейной функцией от высокочастотного потенциала на антенне. Обнаружено, что частотная зависимость входного импеданса магнитного диполя в плазме имеет резонанс, частота которого определяется индуктивностью рамки и параметрами двойного слоя вблизи поверхности антенны. Предложен способ электродинамического управления входным импедансом электрического диполя и соответственно мощностью излучения свистовых волн, посредством подачи на антенну постоянного потенциала. Получено, что максимальное увеличение излучаемой электрической антенной мощности достигается при потенциале на излучателе равном потенциалу плазмы.

7. Экспериментально исследована структура поля излучения волн свистового диапазона частот дипольными антеннами. Установлено, что

I СОре при малых электрических размерах излучателей а < 1, где а —

V с характерный размер антенны, и>ре — плазменная частота электронов, с — скорость света в вакууме^ преимущественно возбуждается широкий пакет квазипотенциальных волн, образующий в пространстве структуру типа резонансный конус, опирающийся своей вершиной на формировании поля излучения начинают играть роль волны конической рефракции и квазипродольные вистлеры.

8. Исследовано влияние нелинейных эффектов в ближней зоне рамочных антенн на их электродинамические характеристики. Показано, что стрикционные эффекты вблизи поверхности антенны существенным образом определяют входной импеданс неизолированной рамки. Установлено, что нелокальная тепловая нелинейность, развивающаяся в ближнем поле антенны, определяет структуру поля излучения рамки. Термодиффузионное перераспределение плотности плазмы приводит к формированию вытянутого вдоль внешнего магнитного поля дакта плотности, который в зависимости от своей поперечной структуры может эффективно каналировать ту или иную моду свистовых волн. металлическую поверхность антенны. В плотной плазме

9. Предложен и практически реализован способ формирования протяженных вдоль магнитного поля дактов с пониженной и повышенной плотностью плазмы. Способ основан на термодиффузионном перераспределении плотности плазмы при локальном нагреве электронов полем рамочной антенны, ориентированной плоскостью перпендикулярно внешнему магнитному полю. Для антенн малых размеров, по сравнению с поперечной длиной теплопроводности, формируется дакт с пониженной относительно фона плотностью, для источников больших размеров происходит формирование дактов с повышенной плотностью на оси.

10. Проведено экспериментальное исследование каналирования волн свистового диапазона частот в магнитоактивной плазме в неоднородных плазменных образованиях. Для каналов сложной формы в центральной части с пониженной плотностью плазмы имеет место волно-водное распространение локализованных волн конической рефракции, а в кольцевом слое с повышенной плотностью, окружающем центральную часть, — волноводное распространение квазилокализованных вистле-ров. Изучено каналирование волн свистового диапазона частот в узких цилиндрических дактах с повышенной на оси плотностью плазмы. Экспериментально доказана возможность существования слабовытекающих распространяющихся мод в таких узких каналах при условии ^о ^Не- Получено хорошее качественное и количественное согласие результатов теоретических расчетов структуры квазилокализованных узких дактов с экспериментальными данными.

11. Экспериментально установлено, что при продольной инжекции модулированного электронного пучка в магнитоактивную плазму возможны два механизма генерации свистовых волн: резонансное черен-ковское излучение = Ц\уъ и нерезонансное переходное излучение, существующее в широком диапазоне изменений плотности плазмы. Показано, что при резонансном черенковском излучении вистлеров происходит уширение функции распределения электронного пучка. При отсутствии резонансных условий для черенковского излучения, деформации функции распределения пучка не наблюдалось.

12. Обнаружен эффект захвата и усиления короткомасштабных плазменных верхнегибридных волн внутри вытянутой вдоль магнитного поля неоднородности с пониженным значением плотности 6Ие < 0. Накопление энергии плазменных колебаний в резонаторе может приводить к дополнительному нагреву неоднородностей плотности, возникающих в "активных" экспериментах по воздействию мощного радиоизлучения на ионосферную плазму.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Костров, Александр Владимирович, 2001 год

1. Еремин Б.Г., Костров A.B., Степанушкин А.Д., Фрейман Г.М. Параметрический нагрев электронов в высокочастотном поле миллиметрового диапазона // Физика плазмы. 1976. Т. 2. N-2. С. 414.

2. Еремин Б. Г., Костров А. В., Лунин Н. В., Степанушкин А. Д. Обнаружение плазменных волн в турбулентной плазме по сателлитам запрещенных переходов в гелии // Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. №10. С. 1489.

3. Еремин Б.Г., Костров A.B., Степанушкин А. Д. Дополнительная ионизация плазмы при развитии параметрической неустойчивости // Физика плазмы. 1979. Т. 5. С. 1176.

4. Брижинев М. П., Еремин Б. Г., Костров А. В., Степанушкин А. Д. Тепловое просветление плазмы в магнитном поле. В кн.: Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу. — Апатиты: Кольский филиал АН СССР, 1979. С. 57-64.

5. Brizhinev M. P., Eremiii В. G., Egorov S.V., Kostrov A.V., Stepa-nushkin A.D. Measurement of electric field in turbulent plasma by the method of satellites of forbidden transitions in helium // Journal de Physique. 1979. V.40. P. 867.

6. Брижинев M. П., Еремин Б. Г., Костров А. В. и др. Тепловое просветление плазмы в магнитном поле под действием электромагнитной волны // Физика плазмы. 1980. Т. 6. Вып. 3. С. 559.

7. Брижинев M. П., Еремин Б. Г., Костров А. В. и др. Методика квазилокальных измерений электрических полей в плазме по сателлитам запрещенных переходов в гелии // ЖЭТФ. 1983. Т. 85. Вып. 3(9). С. 893-908.

8. Ким A.B., Костров A.B. О мелкомасштабном расслоении ионосферной плазмы в поле интенсивного радиоизлучения // Труды Всесоюзного симпозиума "Эффекты искусственного воздействия мощного радиоизлучения на ионосферу Земли". Суздаль, 1983. С.51.

9. Брижинев М.П., Буланин В. В., Еремин Б. Г., Костров A.B. и др. Исследование ионно-звуковой турбулентности плазмы в поле мощной электромагнитной волны методом рассеяния излучения С02-лазера // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 40. Вып. 8. С. 332.

10. Ким A.B., Костров A.B. Механизм тепловой нелинейности и расслоение замагниченной плазмы в высокочастотном поле // Труды IV Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитного излучения с плазмой". Ташкент, 1985.

11. Брижинев М.П., Еремин Б. Г., Костров A.B. и др. Исследование ленгмюровской турбулентности зондирующим электронным пучком // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 43. Вып. 4. С. 232.

12. Васышв В.В., Костров A.B. и др. Моделирование динамики развития ионосферных неоднородностей в лабораторной плазме // Модификация ионосферы мощным радиоизлучением: Труды Международного симпозиума. Суздаль, 1986. — М.: ИЗМИР АН СССР, 1986. С. 157-158.

13. Голубятников Г.Ю., Егоров C.B., Костров A.B., Чугунов Ю.В. Способ излучения электромагнитной энергии в плазму // A.C. N3919735/31-25. Заявлено 24.06.85.

14. Golubyatnikov G.Yu., Egorov S.V., Kostrov A.V., Mironov V.A., Chugunov Yu. V. Wave ducting by antenna acting on collisional magnetized plasma // Proc. Contr. Pap. of the Intern. Conf. on Plasma Phys. — Kiev, 1987. V. 4. P. 145-148.

15. Голубятников Г. Ю., Егоров C.B., Костров A.B., Мареев Е.А., Чугунов Ю.В. Возб}окдение электростатических и свистовых волн антенной магнитного типа // ЖЭТФ. 1988. Т. 94. Вып. 4. С.124-136.

16. Голубятников Г.Ю., Егоров C.B., Костров A.B., Чугунов Ю.В. Низкочастотный резонансный зонд в ионосферной плазме // Тезисы докладов VII школы-семинара по ОНЧ излучению. — Якутск, 1985. С. 31.

17. Голубятников Г.Ю., Егоров C.B., Костров A.B., Миронов В. А., Чугунов Ю.В. Исследование пространственной динамики нагрева и термодиффузии плазмы // Физика плазмы. 1988. Т. 14. Вып. 4. С. 486.

18. Егоров С. В., Костров А. В., Тронин А. В. Термодиффузия и вихревые токи в замагниченной плазме // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 47. Вып. 2. С. 86-88.

19. Ким А. В., Костров А. В. Тепловая нелинейность и мелкомасштабное расслоение замагниченной плазмы с кулоновскими соударениями в высокочастотном поле // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т.31. №5. С.555-562.

20. Egorov S. V., Kostrov А. V., Tronin А. V. Thermodiffussion and eddy currents in a magnetized plasma // Proc. Contr. Pap. of the XIX Jutern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Belgrade, Yugoslavia, 1989. P. 450-451.

21. Golubyatnikov G. Yu., Egorov S. V., Kostrov A. V., Chugunov Yu. V. Control radiation efficiency of dipole antenna in plasma // Proc. Contr. Pap. of the Intern. Conf. of Plasma Phys. New Delhi. India. 1989. V.3. P. 113-116.

22. Kostrov A. V., Kurina L.E., Mironov V. A. The percularities of thermal diffusion of plasma in a magnetic field // Proc. Contr. Pap. of the XIX Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Belgrade, Yugoslavia. 1989. P. 484-485.

23. Егоров С. В., Костров А. В., Миронов В. А., Тронин А. В. Лабораторное моделирование ионосферной линзы, создаваемой мощным электромагнитным излучением. В кн.: Физика космической и лабораторной плазмы. — Новосибирск: Наука, 1989. С. 145-149.

24. Голубятников Г,.Ю., Егоров С. В., Костров А. В., Мареев Е.А., Чугунов Ю.В. Захват квазиэлектростатических волн в тепловой канал, образованный ближним полем магнитной антенны в замагниченной плазме // ЖЭТФ. 1989. Т. 98. Вып. 6 (12). С.2009-2017.

25. Kostrov A. V., Tronin A.V., Tichonov S.V. Nonlinear formation of loop antenna radiation pattern in magnetoplasma. Proc. Contr. Pap of IXX of Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases, Pisa, 1990.

26. Заборонкова Т. M., Костров А. В., Кудрин А. В. и др. Распространение волн свистового диапазона в неоднородных плазменных волноводах. В сб.: Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах. — М., 1992. С. 187-189.

27. Заборонкова Т.М., Костров А. В., Кудрин А. В. и др. Канали-рование волн свистового диапазона в неоднородных плазменных структурах // ЖЭТФ. 1992. Т7102. Вып. 10. С. 1151-1166.

28. Kudrin А.V., Kostrov A.V., Tichonov S.V. et al. Waveguide propagation of whistler range waves under the thermal beating of plasma electrons // Proc. of XXIV General assembly of URSI Kyoto, Japan, 1993. P. 419.

29. Kostrov A.V., Shaikin A. A., Smirnov A.I. et al. Radiation and interaction of whistler range waves in magnetoactive plasma // Proc. of Strong microwaves in plasmas / Edited by A. G. Litvak. — Nizhny Novgorod, 1994. V.2. P. 531-536.

30. Заборонкова T.M., Костров А. В., Кудрин А. В., Смирнов А. И., Шайкин А. А. Структура электромагнитных полей рамочных излучателей в магнитоактивной плазме в свистовом диапазоне частот // Изв. вузов. Радиофизика. 1996. Т.39. №2. С. 192-203.

31. Zaboronkova Т. М., Kostrov А. V., Shaikin A. A., Smirnov A. I., Star-odubsev М. V. Nonlinear transformation of antenna impedances in magnetoactive plasma // Proc. of III International work shop Strong Microwaves in plasma. —N.Novgorod, 1996. P.N-16.

32. Костров А. В., Заборонкова Т. М., Кудрин А. В., Шайкин А. А. Каналирование вистлеров в дактах с повышенной плотностью в магнитоактивной плазме // Изв. вузов. Радиофизика. 1998. Т. 41. №3.

33. Костров А. В., Смирнов А. И., Стародубцев М.В., Шайкин А. А. Влияние нелинейных эффектов на излучение волн свистового частотного диапазона в магнитоактивной плазме // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 67. Вып. 8. С. 548-551.

34. Костров А. В., Краффт К., Матьесан Ж., Стародубцев М.В., Волокитин А. С. Взаимодействие модулированного электронного пучка с магнитоактивной плазмой // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 67. Вып. 6. С. 378-382.

35. Kostrov А. V., Starodubtsev M.V., Krafft С., Thevenet P. Whistler wave emission by a modulated electron beam through transition radiation // Phys. Plasmas. 1999. V.6. №5. P. 1427-1434.

36. Kostrov A. V., Kudrin A.V., Kurina L.E., Luchinin G.A., Shai-kin A. A., Zaboronkova T.M. Whistlers in Thermally Generated Ducts with Enhancend Plasma Density: Excitation and Propagation // Physica Scripta. 2000. V.62. P. 51-65.

37. Kostrov A. V., Kudrin A.V., Kurina L. E., Luchinin G.A., Shai-kin A.A., Zaboronkova T.M. Source-excited whistler mode waves in thermally generated cylindrical ducts with enhanced plasma density // Препринт №532. — Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2000. 56 с.

38. Васьков В. В., Костров A.B., Лучинин Г. А., Шайкин A.A. Захват ленгмюровских волн внутри вытянутой неоднородности за-магниченной плазмы // Письма в ЖЭТФ. 1999. Т. 69. Вып. 4. С.280-283.

39. Активний: космическая плазменно-волновая лаборатория. Буклет. — М.: ИКИ АН СССР, 1987

40. Альфен Г., Фельтхаммер К. Космическая электродинамика. 2-е изд. — М.: Мир, 1967. 260 с.

41. Манагадзе Г. Г., Подгорный И.М. Моделирование магнитного поля Земли // Докл. АН СССР. 1968. Т. 180. С. 1333-1336.

42. Подгорный П.М., Сагдеев Р.З. Физика межпланетной плазмы и лабораторные эксперименты // УФН. 1969. Т. 98. Вып. 3. С.409-440.

43. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. — М.: Атомиздат, 1969.

44. Русанов В. Д. Современные методы исследования плазмы. — М.: Госатомиздат, 1962. С. 95-104.

45. Кован И. А., Москвин Ю. А. и др. В сб.: Диагностика плазмы / Под ред. Б.П.Константинова. — М.: Госатомиздат, 1962. С. 237246.

46. Подгорный И. М. Лекции по диагностике плазмы. — М.: Атомиздат, 1968.

47. Винченко Н. С. Курс лекций по электронной оптике. — Харьков: ХГУ, 1961.

48. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. Т. 1. — М.: Гостехиз-дат, 1952. С. 288-290.

49. Fisher R. R., Gould R.W. Resonance Cones in the Field Pattern of Radio Frequency Probe in a Warm Anisotropic Plasma // Phys. Fluids. 1971. V. 14. №4. P. 857-867.

50. Kuehl H.H. Electric field and potential near the plasma resonance cone // Phys. Fluids. 1974. V. 17. №6. P. 1275-1283.

51. Stenzel R. L. Microwave resonator probe for localized density measurement in weakly magnetized plasmas // Rev. Sci. Instrum. 1976. V. 47. №5. P. 603-607.

52. Пеккер И. P. Взаимодействие сильных электромагнитных волн с плазмой. — М.: Атомиздат, 1978.

53. Porkolab М., Chang R. Р. // Rev. of Modern Physics. 1978. V.50.1. N4.

54. Шеффильд Дж. Рассеяние электромагнитного излучения в плазме. — М.: Атомиздат, 1978.

55. Ситенко А. Г. Электромагнитные флуктуации в плазме. — Харьков: ХГУ, 1965.

56. Ахиезер А. И. Электродинамика плазмы. — М.: Наука, 1974.

57. Иванов А. А., Рютов Д. Д. // ЖЭТФ. 1965. Т. 48. №5. С.103.

58. Брейзман Б. Н., Пеккер А. С. // Препринт ИЯФ-77-85. — Новосибирск, 1977.

59. Арцимович Л. А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. — М.: Атомиздат, 1979.

60. Baranget М., Mezer В. // Phys. Rev. 1961. V. 169. №25.

61. Hicks W. W., Hess R. A., Cooper W.S. // Phys. Rev. A. 1972. V.5.2.

62. Эккер Г. Теория полностью ионизированной плазмы. — М.: Мир, 1974.

63. Лисица B.C. // УФН. 1977. Т. 122. Вып.З.

64. Бете Г., Солиитер Э. Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами. — М., 1960.

65. Cooper W.S., Hicks W. W. // Phys. Lett. 1970. V.33A. №3.

66. Cooper W.S., Ringler H. // Phys. Rev. 1969. V. 179. P. 226.

67. Фрадин А.З. Измерение параметров антенно-фидерных систем. — М.: Связь, 1972.

68. Suvorov E.V., Ercmann V., Kostrov A.V. et al. Ion temperature and beam driven plasma waves from collective scattering of gyrotron radiation in W7-AS // Plasma Phys. Control Fusion. 1997. V. 37. P. 1207-1213.

69. Suvorov E. V., Ercmann V., Kostrov A.V. et al. Collective thompson scattering at W7-AS // Plasma Phys. Control Fusion. 1997. V.39. P. 337-351.

70. Ерухимов Л. M., Метелев С. А., Мясников E.H., Митяков Н.А., Фролов В. Л. // Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30. №2. С. 208225.

71. Авдеев В.В., Белей B.C. и др. // Изв. вузов. Радиофизика. 1994. Т. 37. С. 479-492.

72. Frolov L.V., Erukhimov L.M., Metelev S.A., Sergeev E.N. // J. Atm. Solar Terr. Phys. 1997. V.57. P. 2317-2333.

73. Гуревич А. В., Цедилина E. E. Движение и расплывание неодно-родностей в плазме // УФН. 1967. Т. 91. Вып. 4. С. 609-643.

74. Голант В.Е., Жилинский А. П., Сахаров С. А. Основы физики плазмы. — М.: Атомиздат, 1977.

75. Кинетические процессы в газах и плазме / Сб. статей под ред. А.Хохштима. — М.: Атомиздат, 1972.

76. Гуревич А. В., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. — М.: 1973.

77. Брагинский С. И. Вопросы теории плазмы / Сб. статей под ред. М. А. Леонтовича. — М., 1963. Т. 1. С. 183.

78. Васьков В. В. Перегревная и дрейфово-диссипативная неустойчивость в верхней ионосфере. В сб.: Взаимодействие радиоволн KB и УКВ диапазонов с ионосферой. — М., 1980.

79. Sazhin S. S. Whistler-Mode Waves in the Earth's Magnetosphere (Theory and Observations) / Rev. Radio Sci. ed. W. Ross Stone. — Oxford University Press, 1992.

80. Papadopulos K., Zhon H.B., Sharma A. S. The Role of Helicons in Magnetospheric and Ionospheric Physics // Comments Plasma Phys. Controlled Fusion. 1994. V. 15. №6. P.321-337.

81. Helliwell R. A. 40 Years of whistlers / Modern Radio Sci. ed. H. Matsumoto. — Oxford University Press, 1993.

82. Faith J., Kuo S.P., Huang J. Chaotic Electron Motion Driven by Whistler Waves in the Magnetosphere // Comments Plasma Phys. Controlled Fusion. 1996. V. 17. №3. P. 173-182.

83. Thorne R. M., Home R. B. Whistler absorption and electron heating near the plasmapause //J/ Geophys. Res. 1996. V. 101. №A3. P. 4917-4928.

84. Boswell R. W., Chen F.F. Helicous the Early Years /// IEEE Trans. Plasma Sci. 1997. V. 25. №26. P. 1229-1244.

85. Burgess W. C., Jnan U.S. The Role of Ducted Whistlers in the Precipitation Loss and Equilibrium Flux of Radiation Belt Electrons // J. Geophys. Res. 1993. V.98. №A9. P. 15643-15665.

86. Jnan U.S., Bell T.F. Pintch Angle Scattering of Energetic Particles by Oblique Whistler Waves // Geophys. Res. Lett. 1991. V. 18. P. 49.

87. Ry croft M.J. Review of Whistlers and Energetic Electron Precipitations // Rev. Radio Sei. ed. W.Ross Stone. — Oxford University Press, 1992.

88. Simon A. // Phys. Rev. 1955. V.98. №2. P.317-318; V. 100. №6. P. 1557-1559.

89. Жилинский А.П., Цендин Л.Д. // УФН. 1980. Т. 131. №3. С.343-385.

90. Голант В.Е., Жилинский А.П. // ЖЭТФ. 1962. Т.32. №1. С.127-129.

91. Жариков A.B. // Атомная энергия. 1959. Т. 7. №3. С. 215-219.

92. Dzubenko N. I., Zhilinsky А. Р. et al. // Planet. Space Sei. 1983. V. 31. №8. P. 849-858.

93. Andreeva L. A., Ivchenko I. S. et al. // Planet. Space Sei. 1984. V. 32. №8. P. 1045-1052.

94. Великович А. Л., Либерман М. А. Физика ударных волн в газах и плазме — М.: Наука, 1987. С. 73-77.

95. Зельдович Я. В., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М.: Наука, 1966. С.506-532.

96. Васьков В. В., Гуревич A.B. В кн.: Тепловые линейные явления в плазме. — Горький: ИПФ АН СССР, 1979.

97. Димант Я. С. // Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20. №12. С.1831.

98. Гильденбург В. В., Ким A.B. // ЖЭТФ. 1978. Т. 74. С. 141.

99. Литвак А. Г., Миронов В. А. // ЖЭТФ. 1980. Т. 78. С. 561.

100. Курина Л.Е. // Физика плазмы. 1998. Т. 24. №10. С. 937-941.

101. Курина JLE. // Радиофизика. 1998. T. 41. №2. С. 212-221.

102. Беленов А. Ф., Ерухимов JI. М., Зюзин В. А. и др. О динамике мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей // Препринт №233. — Горький, НИРФИ, 1987.

103. Беленов А.Ф., Ерухимов Л. М., Сергеев Е. Н., Фролов В. Л. Особенности динамики мелкомасштабных искусственных неоднородностей при больших мощностях волны накачки // Препринт №314. — Нижний Новгород: НИРФИ, 1991.

104. Итоги науки и техники. Сер. геомагнетизм и высокие слои атмосферы. Т. 9. Возмущение ионосферы мощными радиоволнами. — М., 1989.

105. Березин И. В., Беленский В. Б. и др. Диагностика процессов возбуждения плазменных колебаний полем мощной радиоволны // Геомагнетизм и аэрономия. 1991. Т. 31. №5. С. 874-880.

106. Васьков В. В., Глен С.Ф., Гуревич А. В. и др. Возбуждение верхнегибридного резонанса в ионосферной плазме полем мощной радиоволны // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 43. Вып. 11. С. 512-515.

107. Hassam А. В., Kulsrud R. N., Goldston R.J., Yamada M. Steady State thermoelectric field-reversed configurations // Physical Review Letters. 1999. V.83. №15. P. 2969-2972.

108. Рожанский В. А., Цендин Л. Д. Столкновительный перенос в частично-ионизованной плазме. — М.: Энергоиздат, 1988.

109. Shusher R. Е., Surno С. M. Study of density fluctuations in plasma by small-angle CO2 laser scattering // Physics of Fluids. 1980. V. 23. №3. P. 472-490.

110. Буланин В. В., Петров А. В. Исследование работы гибридного СО2 лазера // Оптика и спектроскопия. 1978. Т. 45. Вып. 3. С.582-589.

111. Буланин В. В., Петров А. В., Ушаков С.Н. Рассеяние лазерного излучения на неоднородностях тонкого слоя плазмы // ЖТФ. 1983. Т. 53. Вып. 8. С. 1506-1512.

112. Proceeding of International Workshop on Wave Collaps Physics // Physica D. 1991. V.52. №1.

113. Fokas A. S., Каир D. I., Newell A. C., Zakharov V. E. Nonlinear Processes in Physics. — Springer-Verlag, 1993.

114. Брижинев М.П., Егоров С. В., Еремин Б. Г., Ким А. В. Экспериментальное исследование токов в замагниченной плазме при воздействии интенсивного СВЧ излучения // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13. Вып. 24. С. 1490-1494.

115. Докучаев В. П., Тамойкин В. В., Чугунов Ю.В. Излучение спиральных волн в магнитоактивной плазме распределенными источниками // Изв. вузов. Радиофизика. 1976. Т. 19. №8. С. 1121— 1129.

116. Модестов А. П. Радиофизический метод исследования ионосферной плазмы с помощью низкочастотного импедансного зонда. Диссертация. — Москва, 1983.

117. Bell T.F., Helliwell R.A., Hudson М.К. Lower Hybrid Excited through Linear Mode Coupling and the heating of ions in auroral and subauroral magnetosphere //J. Geophys. Res. 1991. V.96. P. 11379.

118. Bell T.F., Ngo H. D. Electrostatic lower hybrid waves excited by electromagnetic whistler mode waves scattering from planar magneticfield aligned plasma density irregularities //J. Geophys. Res. 1990. V. 95. №A1. P. 149-172.

119. Bamber J.F., Maqgs J.E., Gekelman W. Whistler wave interaction with a density striation: A laboratory investigation of an auroral process // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. №A12. P. 23795-23810.

120. Васьков В. В., Будько Н.И. и др. Обнаружение на спутнике "Интеркосмос 24" ОНЧ и КНЧ волн, возбуждаемых в ионосфере мощным KB радиоизлучением стенда "Сура" // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. Т. 35. Вып. 1.

121. Чугунов Ю.В. Квазистационарные электромагнитные поля источников в плазме. Дисс. докт. физ.-мат. наук. — Горький, 1988.

122. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах. — М.: Мир, 1984.

123. Денисов В. П., Исаев В. А., Круглов В.Н., Пермитин Г. В. Импеданс высокочастотного индуктора в плотной бесстолкновитель-ной плазме // Физика плазмы. 1984, Т. 10. Вып. 4. С. 838-845.

124. Balmain К. G. The properties of antennas in plasmas // Ann. Telecommunic. 1979. V.34. №3-4. P. 273-283.

125. Мареев E. А., Чугунов Ю. В. Антенны в плазме. — Нижний Новгород: ИПФРАН, 1991.

126. Koons Н. С., McPherson D. A., Harbridze W. В. Dependence of very-low-frequency electric field antenna impedance of magnetosphere plasma density // J. Geophys. Res. 1970. V.75. №13. P. 2490-2501.

127. Koons H. C., McPherson D. A. Measurement of the nonlinear impedance of satellite-born, electric dipole antenna // Radio Sci. 1974. V. 19. №5. P. 547-557.

128. Агафонов Ю.П., Бабаев А.П., Бажанов B.C. и др. Плазменно-волновой разряд в ионосфере Земли // Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15. Вып. 17. С. 1-5.

129. Karpman V. I., Kaufman R. N. Whistler wave propagation in density ducts // J. Plasma Phys. 1982. V. 27. pt2. P. 225-238.

130. Stenzel R. U. Filamention instability of large amplitude whistler waves // Phys. Fluids. 1976. V.19. №6. P.865-871.

131. Sugai H., Maruyma M., Sato M., Takeds S. Whistler wave ducting caused by antenna actions // Phys. Fluids. 1978. V. 21. №4. P. 690-694.

132. Boswell R. W., Chen F. F. Helicons — The early years // IEEE Trans. Plasma Sei. 1997. V. 25. №6. P. 1245-1257.

133. Chen F.F., Boswell R.W. Helicons — The past decade // IEEE Trans. Plasma Sei. 1997. V.25. №6. P. 1245-1257.

134. Karpman V. I., Kaufman R. N. The self-focusing of whistler waves // Physica Scripta. 1982. VT2. P. 252-261.

135. Кариман В. И. Ближняя зона антенны в магнитоактивной плазме // ЖЭТФ. 1984. Т. 89. Вып. 1 (7). С. 71-84.

136. Вдовиченко И. А., Марков Г. А., Миронов В. А., Сергеев А. М. Ионизационная самоканализация вистлеров в плазме // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 44. Вып. 5. С. 215-219.

137. Заборонкова Т.М., Кудрин A.B., Марков Г. А. Волны свистового диапазона, направляемые каналами с повышенной плотностью плазмы // Физика плазмы. 1993. Т. 19. Вып. 6. С. 769-780.

138. Kondrat'ev I.G., Kudrin A.V., Zaboronkova Т.М. Excitation and propagation of electromagnetic waves in nonuniform density ducts // Physica Scripta. 1996. V.54.Nol. P. 96-112.

139. Kuehl H.H. Interference structure near the resonance cone // Phys. Fluids. 1973. V. 16. №8. P. 1311-1320.

140. Костров А. В., Стриковский А. В., Шашурин А. В. Плазменная турбулентность вблизи нижнегибридного резонанса // Физика плазмы. 2001. Т. 27. №2. С. 149-154.

141. Кауфман Р. Н., Рябова Н. А. Исследование структуры и волновых свойств околоземной плазмы. — М.: ИЗМИРАН, 1980.

142. Shkarofsky I. P. Nonlinear sheath admittance currents and charges associated with high peak voltage drive on a VLF/ELF dipole antenna, moving in the ionosphere // Radio Sci. 1972. V. 7. N£4. P. 503-523.

143. Koons H.C., Pridmove-Brown, McPherson D. A. Oblique resonances excited in the near field of satellite-borne electric dipole antenna // Radio Sci. 1974. V. 9. №5. P. 541-545.

144. Лукин Д. С., Пресняков В. Б., Савченко П. П. Расчет волновых полей ближней зоны рамочной ОНЧ излучателей в однородной магнитоактивной плазме // Геомагнетизм и аэрономия. 1988. Т. XXVIII. №2. С. 262-267.

145. Зюзин В. А., Комраков Г. П., Насыров A.M. и др. О развитии мелкомасштабных неоднородностей в ионосфере при кратковременном воздействии на нее мощным радиоизлучением // Геомагнетизм и аэрономия. 1987. Т. XXVII. №6. С. 942-947.

146. Заборонкова Т. М., Кондратьев И. Г., Кудрин А. В. О диаграмме направленности излучения кольцевых электрических токов в маг-нитоактивной плазме в свистовом диапазоне // Радиотехника и электроника. 1993. Т. 38. №8. С. 1451-1460.

147. Заборонкова Т. М., Кондратьев И. Г., Кудрин А. В. Излучение заданных токов в магнитоактивной плазме при наличии цилиндрического плазменного канала // Препринт НИРФИ №375. — Нижний Новгород: НИРФИ, 1993. 70 с.

148. Hall T. A., Landauer G. Admittance of dipolar RF probes in simulated ionosphere // Radio Science. 1971. V.6. №11. P. 967-980.

149. Helliwell R. A. Whistlers and related ionospheric phenomena. — Stanford: Univ. Press, 1965. 365 p.

150. Забороикова T.M., Кудрин A.B., Марков Г.А. Волны свистового диапазона направляемые каналами с повышенной плотностью плазмы // Физика плазмы. 1993. Т. 19. Вып. 6. С. 769-780.

151. Шотт JI. Электрические зонды. В кн.: Методы исследования плазмы / под ред. Лохте-Хольтгревена. — М.: Мир, 1971. С. 459-502.

152. Беттихер В. Измерение полей в плазме. В кн.: Методы исследования плазмы / под ред. Лохте-Хольтгревена. — М.: Мир, 1971. С.421-456.

153. Чен Ф. Электрические зонды. В кн.: Диагностика плазмы / под ред. Р.Хадлстоуна и С.Леонарда. — М.: Мир, 1967. С. 67-164.

154. Аксенов В. И., Лишин И. В. О влиянии ионного экрана на характеристики электрического диполя диапазона сверхнизких частот, помещенного в магнитоактивную плазму // Радиотехника и электроника. 1974. Т. 15. №4. С. 677-684.

155. Годяк В. А., Иванов А.Н., Кузовников A.A. Изменение плавающего потенциала ленгмюровского зонда под действием переменного напряжения // ЖТФ. 1977. Т. 37. Вып. 6. С. 1063-1067.

156. Веденов A.A., Рудаков Л. И. // ДАН СССР. 1964. Т. 159. С. 767.

157. Рудаков Л. И. // ДАН СССР. 1972. Т. 207. С. 8211.

158. Силин В. П. Параметрическое воздействие большой мощности на плазму. — М.: Наука, 1973.

159. Галеев A.A., Сагдеев Р.З. Вопросы теории плазмы. Вып. 7. — М.: Атомиздат, 1975.

160. Геккер И. Р. Взаимодействие сильных электромагнитных волн с плазмой. — М.: Атомиздат, 1978.

161. Porlolab М., Chang R. Р. // Rev. of Modern Physics. 1978. V.50. N-4.

162. Захаров В. E. // ЖЭТФ. 1972. Т. 62. С. 1745.

163. Горев В. В., Кингсеп А. С., Рудаков Л. И. // Изв. вузов. Радиофизика. 1972. Т. 19. №5-6. С.691.

164. Дегтярев Л.М., Маханьков В. Г., Рудаков Л. И. // ЖЭТФ. 1974. Т. 67. С. 533.

165. Литвак А. Г., Трахтенгерц В. Ю., Федосеева Т. И., Фрайман Г. М. // Письма в ЖЭТФ. 1974. Т. 20. С. 544.

166. Дегтярев Л.М., Захаров В.Е., Рудаков Л. И. // Физика плазмы.1976. Т. 2. С. 438.

167. Ikezi Н., Nishikawa К., Minra R. // J. Phys. Soc. Japan. 1974. V. 37. №3. P. 766.

168. Kim H. C., Stenzel R.L., Wong A. Y. // Phys. Rev. Lett. 1974. V. 33. №15. P. 886.

169. Бродский Ю.Я., Еремин Б. Г., Литвак А. Г., Сахонгик Д. А. // Письма в ЖЭТФ. 1971. Т. 13. С. 133.

170. Исаев В. А., Круглов В. И., Полуяхтов Б. К. // ЖЭТФ. 1971. Т. 71. Вып. 9. С. 1017.

171. Исаев В. А., Круглов В.Н., Полуяхтов Б. Л. // Физика плазмы.1977. Т.З. Вып. 3. С. 607.

172. Батанов Г.М., Силин В.А. // Письма в ЖЭТФ. 1971. Т.П. С.445.

173. Литвак А. Г., Фрайман Г.М. // ЖЭТФ. 1975. Т. 68. Вып. 4. С. 1288.

174. Литвак А. Г., Миронов В. А., Фрайман Г. М. // Письма в ЖЭТФ. 1975. Т. 22. Вып. 7. С. 368.

175. Зеленин Г. В. и др. // ЖЭТФ. 1970. Т. 58. Вып. 6.

176. Зайдель А. И. Ошибки измерений физических величин. — М.: Наука, 1974.

177. Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. — М.: Физматгиз, 1960.

178. Голант В. Е., Пилия А. Д. // УФН. 1971. Т. 104. С. 413.

179. Гильденбург В. Б. // ЖЭТФ. 1963. Т. 45. С. 1978.

180. Гильденбург В. Б., Фрайман Г. М. // ЖЭТФ. 1975. Т. 69. С. 1600.

181. Альтеркоп Б.А., Волокитил A.C., Тараканов В.П. // Письма в ЖТФ. 1975. Вып. 11. С.1.

182. Дегтярев Л.М., Соловьев T. PL, Шапиро А. Д., Шевченко В. И. // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т. 29. С. 549.

183. Кадомцев Б. Б. Вопросы теории плазмы. Вып. 4. — М.: Атомиз-дат, 1964.

184. Иванов A.A., Козоровицкий Л. Л., Русанов В. Д. // ДАН СССР.1969. Т. 184. N4.

185. Иванов A.A., Русанов В.Д., Сагдеев Р.З. // Письма в ЖЭТФ.1970. Т. 12. Вып. 1.

186. Железняков В. В. Электромагнитные волны в космической плазме. — М.: Наука, 1977.

187. Митяков Н. А., Рапопорт В. О., Трахтенгерц В. Ю. // Изв. вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18.

188. Анисимов А. И., Виноградов Н.И., Полоскин Б. П. // Препринт ФТИ N438. — Л.: ФТИ, 1973.

189. Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизированных газах. — М.: Мир, 1967.

190. Будников В.Н., Галактионов Б. В., Новик К. М., Обухов А. А. // Препринт ФТИ №426. — Л.: ФТИ, 1973.

191. Фельд Я. П., Бененсон Л. С. Антенно-фидерные устройства. Часть II. — М., 1959.

192. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. — М.: Связьиз-дат, 1977.

193. Adachi S. // Radio Sci. D. 1965. V.69. R 493.

194. Ораевский B.H., Мишин E.B., Ружин Ю.Я. Искусственная ин-жекция энергичных частиц в околоземном космическом пространстве. В кн.: Электромагнитные и плазменные процессы от Солнца до ядра Земли. — М.: Наука, 1989. С. 77-86.

195. Искусственные пучки в космической плазме / под ред. Б. Гранна-ля. — М.: Мир, 1985.

196. Raitt W. J. Active Plasma Experiments in Space: Steps forwards a Space Laboratory Facility // Rev. Radio Sci. ed. W. Ross Stone. — Oxford: University Press, 1996.

197. Beghin C., Lebreton J. P., Machlum B.N. Phenomena Induced by Charged Particle Beams. // Science. 1984. Y.225. P. 188-191.

198. Neubert Т., Banks P. M. Recent results from studies of electron beam phenomena in space plasmas // Planet. Space Sci. 1992. V. 40. P. 153.

199. Nemzek R. L., Winckler J. R. Electron Beam Sounding Rocket Experiments for Probing the Distant Magnetosphere // Phys. Rev. Lett. 1991. V. 67. P. 987.

200. Winckler J.R. Controlled experiments in the Earth' magnetosphere with artificial electron beams // Reviews of Modern Physics. 1992. V. 64. №3. P.859-871.

201. Szuszczewicz E. R. Controlled electron beam experiments in space and supporting laboratory experiments //J. Atmospheric and Terrestrial Phys. 1985. V. 47. №12. P. 1189-1210.

202. Winder J.R. The Application of Artificial Electron Beams to Mag-netospheric Research // Rev. Geophys. and Space Phys. 1980. V. 18. №3. P. 659-682.

203. Winckler J.R. Controlled experiments in the Earth's magnetosphere with artificial beams // Reviews of Modern Physics. 1992. V. 64. №3. P. 859-871.

204. Szuszczewich E.P., Papandopulos K., Bernstein W. et all. Threshold Criterion for a space Simulation Beam-Plasma Discharge // J. Geophys. Res. 1982. V.87. P. 1565.

205. Melrose D. B. Instabilities in space and laboratory plasmas. — Cambridge: Cambridge University Press, 1986.

206. Chan L.Y., Stenzel R. L. Erosion of an Electron-Beam Front in a Long Beam-Plasma system // Phys. Rev. Lett. 1991. V.67. №16. P. 2147-2150.

207. Whelan D. A., Stenzel R. L. Electromagnetic radiation and nonlinear energy flow in an electron beam-plasma system // Phys. Fluids. 1985. V. 28. №3. P.958-970.

208. Lavergnat J. The french-soviet experiment ARAKS: Main results in "Artificial Particle Beam in Beams in Space Plasmas Studies" / ed. B. Grandal. — New York: Plenum. Press, 1982.

209. Березина Г. П., Файнберг Я.Б., Березин А. Л., Назаренко O.K. Использование модулированного электронного пучка для генерации и переноса электромагнитных волн в плотной плазме // Физика плазмы. 1994. Т. 20. Вып. 9. С. 828-835.

210. Krafft С., Thevenet P., Matthienssent G., Bresson S. Interaction of density modulated electron beam with a magnetized plasma: Emission of whistler waves // Phys. Plasmas. 1994. V. 1. №7. P.2163-2171.

211. Starodubtsev M., Krafft C., Hundin В., Trevenet P. Resonant Cherenkov emission of whistlers by a modulated electron beam // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. №6.

212. Pivovarov V., Burke A., Ride S. K., Shapiro V. D. Excitation of VLF waves by an electron beam injected into the ionosphere //J. Geophys. Res. 1995. V. 100. №A9. P. 17515-17526.

213. Резников A. E. О диагностике структуры ионосферы и процессов в околоземной плазме по наблюдениям низкочастотных электромагнитных волн. В кн.: Электромагнитные и плазменные процессы от Солнца до ядра Земли. — М.: Наука, 1989. С. 204-211.

214. Кушперевский Ю. В., Пулинец С. А., Синельников В. М. Радиофизические исследования ионосферы Земли с помощью ИСЗ и геофизических ракет. В кн.: Электромагнитные и плазменные процессы от Солнца до ядра Земли. — М.: Наука, 1989. С. 116-132.

215. Dysthe К. В., Mjolhus Е., Perseli Н., Rypdal К // Physica Scripta. 1982. V.T2. №2. P.548.

216. Васьков В. В., Гуревич А. В. // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т. 23. С. 544.

217. Васьков В. В., Гуревич А. В. // Геомагнетизм и аэрономия. 1983. Т.23. С. 901.