Взаємодія хвиль і частинок при інжекції модульованого електронного пучка в іоносферну плазму. Теорія та експеримент

Анотація

Представлено результати активного експерименту в космосі з інжекцією пучків заряджених частинок (електронів та іонів ксенону), проведеного на станції «Інтеркосмос-25») і дочірньому субсупутнику «Магіон-3». Результати експерименту отримано в умовах, коли пучки частинок було інжектовано у протилежних напрямках відносно магнітного поля B₀ таким чином, що електронна інжекція була напрямлена до Землі. Механізми пучкових нестійкостей розглянуто щодо збудження електростатичних і електромагнітних хвиль свистового діапазону при інжекції пучка електронів (~10 кеВ, 0.1 А) з борту «Інтеркосмос-25». Розвиток поперечної нестійкості на першому циклотронному резонансі призводить до збудження свистових хвиль, спрямованих назустріч потоку інжектованих електронів (від Землі). Об’єктом досліджень були збурені інжекцією потоки іоносферних електронів в широкому діапазоні енергій 27 еВ ... 412 кеВ, зареєстровані за допомогою спектрометрів заряджених частинок на субсупутнику «Магіон-3». Тобто, взаємодія свистів з потоками іоносферних електронів була простимульована механізмами передачі енергії типу «частинка — хвиля — частинка».           Числові результати розвитку нестійкостей розглянуто також у порівнянні зі значеннями основних параметрів теплової плазми, отриманими в різних точках простору на станції та субсупутнику. Збудження поздовжньої та поперечної пучкових нестійкостей неминуче призведе до їхньої конкуренції, що матиме вплив на результати експерименту. Дані стимульованих потоків іоносферних електронів дозволяють дослідити різноманітні ефекти взаємодії хвиля — частинка з урахуванням впливу швидкості росту поздовжньої нестійкості на кут збудження свистів та їхню структуру. Такий підхід базується на результатах лабораторних експериментів щодо визначення діаграми спрямованості збуджених свистів для електричної дипольної антени та аналогії пучково-плазмового каналу з випромінювальною системою. Результати розглянутого активного експерименту підтверджують залежність швидкості росту поперечних хвиль від розвитку поздовжньої пучкової нестійкості.