В настоящей работе на основе нелинейных численных расчетов рассмотрены захват электронов и их сильное серфотронное ускорение электромагнитной волной, распространяющейся в космической плазме поперек слабого внешнего магнитного поля, для различных значений продольного (вдоль магнитного поля) импульса частицы. Начальная фаза волны на траектории частицы была неизменная, а безразмерный продольный импульс менялся от 1 до 200.
In this paper, the capture and surfatron acceleration of an electron by strong electromagnetic waves propagating in the space plasma across a weak external magnetic field are considered on basis of nonlinear numerical calculations. The calculations have been made for various values of the longitudinal (along the magnetic field) momentum of a particle. The initial phase is constant and longitudinal momentum varies from 1 to 200.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 25033472
На основе численных расчетов нелинейного, нестационарного уравнения для фазы электромагнитной волны на траектории электрона исследовано серфотронное ускорение частиц при распространении волны поперек внешнего магнитного поля для различных значений продольного импульса электрона (интеграл движения). Величина этой компоненты импульса менялась в широких пределах. Показано, что при выполнении условия черенковского резонанса захват частиц в режим серфинга происходит для широкого диапазона значений начальной фазы волны на траектории электронов (0). Величина благоприятной (для захвата электрона) начальной фазы (0) не меняется при существенном увеличении безразмерного продольного импульса частицы h = z. Это важно для оценки числа ускоренных частиц при взаимодействии волны с потоком электронов в космической плазме. Однако для релятивистских значений продольного импульса частицы возникают отличия в диапазонах благоприятной (для захвата) начальной фазы волны на траектории частицы (0), если имеется большое различие величины h для разных частиц при неизменных прочих параметрах задачи. На фазовой плоскости траектория изображающей точки (в случае захваченной волной частицы) имеет особую точку типа устойчивый фокус.
Проведенный анализ серфинга релятивистских зарядов на электромагнитных волнах представляет интерес для физики космической плазмы (см., например, работы [9—13]), в частности, для корректной интерпретации экспериментальных данных по регистрации потоков релятивистских частиц в космических условиях (включая околоземное пространство) и объяснения наблюдаемых отличий их спектра от степенного скейлинга, возникновение которых обусловлено вариациями космической погоды в отсутствие мощных кризисных событий типа взрывов сверхновых (звезд).
Серфинг зарядов возможен и при наклонном (к внешнему магнитному полю) распространении электромагнитных волн, причем величина пороговой (для реализации серфинга) амплитуды будет меньше [12].
Результаты проведенного анализа представляют интерес для интерпретации экспериментальных данных по регистрации ультрарелятивистских частиц в космических условиях при наличии существенных вариаций величины их потоков, например, для энергий порядка 1015 эВ и более (см., например, [14]). Возникновение вариаций возможно в сравнительно спокойной космической плазме за счет взаимодействия заряженных частиц с электромагнитными волнами относительно малых амплитуд и доускорения части этих частиц с увеличением их энергии на 3—5 порядков величины. В частности, волна может захватить, например, 1 % частиц с энергиями порядка одного ТэВ и доускорить их до энергий (1015—1017) эВ, что приведет к значительному увеличению потока космических лучей (КЛ) в этой области энергетического спектра. Таким образом, имеется физическое объяснение механизму возникновения вариаций потока КЛ за счет серфинга заряженных частиц на электромагнитных волнах.
Список литературы
1. Katsouleas N., Dawson J. M. // Physical Review Letters. 1983. V. 51. No. 5. P. 392.
2. Joshi C. // Radiation in Plasmas. 1984. V. 1. No. 4. P. 514.
3. Грибов Б. Э., Сагдеев Р. З., Шапиро В. Д. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1985. Т. 42. № 2. С. 54.
4. Буланов С. В., Сахаров А. С. // Письма в ЖЭТФ. 1986. Т. 44. № 9. С. 421.
5. Ситнов М. И. // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. № 1. С. 89.
6. Ерохин Н. С., Лазарев А. А., Моисеев С. С. и др. // ДАН СССР. 1987. Т. 295. № 4. С. 849.
7. Ерохин Н. С., Моисеев С. С., Сагдеев Р. З. // Письма в Астрономический журнал. 1989. Т. 15. № 1. С. 3.
8. Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н., Хачатрян А. Г. // Физика плазмы. 1990. Т. 16. № 8. С. 945.
9. Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н., Кузнецов Е. А., и др. // Вопросы атомной науки и техники, сер. Плазменная электроника. 2010. № 4(68). С. 116.
10. Erokhin N., Zolnikova N., Kuznetsov E., et al. / NEEDS 2009 Workshop. Book of Abstracts, Isola Rossa, Italy. 2009. P. 102.
11. Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н., Михайловская Л. А. // Вопросы атомной науки и техники. 2008. № 4. С. 114.
12. Chernikov A. A., Schmidt G., Neishtadt A. I. // Physical Review Letters. 1992. V. 68. No. 10. P. 1507.
13. Ерохин А. Н., Ерохин Н. С., Шкевов Р. / XLVII Всероссийская конференция по проблемам физики частиц, физики плазмы и конденсированных сред, оптоэлектроники. РУДН. 15—18 мая 2012 г. Тезисы докладов. С. 310.
14. Лозников В. М., Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н. и др. // Физика плазмы. 2015. Т. 41. № 8. С. 693.
1. N. Katsouleas and J. M. Dawson, Physical Review Letters 51, 392 (1983).
2. C. Joshi. Radiation in Plasmas 1, 514 (1984).
3. B. E. Gribov, R. Z. Sagdeev, V. D. Shapiro, et al., JETP Lett. 42 (2), 54 (1985).
4. S. V. Bulanov and A. S. Sakharov, JETP Lett. 44, 421 (1986).
5. M. I. Sitnov, Tech. Phys. Lett. 14 (1), 89 (1988).
6. N. S. Erokhin, A. A. Lazarev, S. S. Moiseev, et al., Dokl. Akad. Nauk USSR 295, 849 (1987).
7. N. S. Erokhin, S. S. Moiseev, and R. Z. Sagdeev, Astron. Lett. 15 (1), 3 (1989).
8. N. S. Erokhin, Ерохин Н. С., Зольникова Н. Н., Хачатрян А. Г. // Физика плазмы. 1990. Т. 16. № 8. С. 945.
9. N. S. Erokhin, N. N. Zolnikova, E. A. Kuznetsov, et al., Vopr. Atomn. Nauki Tekhniki. Ser.: Plasmen. Elektonika, No. 4(68), 116 (2010).
10. N. Erokhin, N. Zolnikova, E. Kuznetsov, et al., in Proc. NEEDS 2009 Workshop. Book of Abstracts, (Isola Rossa, Italy. 2009). P. 102.
11. N. S. Erokhin, N. N. Zolnikova, and L. A. Mikhailovskaya, Vopr. Atomn. Nauki Tekhniki. Ser.: Plasmen. Elektonika, No. 4, 114 (2008).
12. A. A. Chernikov, G. Schmidt, and A. I. Neishtadt, Physical Review Letters 68, 1507 (1992).
13. A. N. Erokhin, N. S. Erokhin, amd R. Shkevov, in Proc. XLVII All-Russian Conference on. Problems of Physics of Particles, Pasma Physics and Сondensed Medium, (RUDN, May 15—18, 2012). P. 310 [in Russian].
14. V. M. Loznikov, N. S. Erokhin, N. N. Zolnikova, et al., Plasma Physics Reports 41, 693 (2015).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Котов В. М. Одновременная изотропная и анизотропная дифракции в парателлурите на «медленной» звуковой волне 5
Куриленков Ю. К., Гуськов С. Ю., Карпухин В. Т., Огинов А. В., Самойлов И. С. О ядерном DD-синтезе на начальной стадии импульсного вакуумного разряда c дейтерированным Pd-анодом 10
Маслов С. А., Натяганов В. Л. Влияние зарядовой структуры грозовых облаков на формирование торнадоподобных вихрей 16
Лапицкий Д. С. Эффективные силы, действующие на заряженную макрочастицу в линейной ловушке Пауля 21
Мкртичян Г. С., Ерохин Н. С. Динамика серфотронного ускорения электронов электромагнитной волной в космической плазме в зависимости от продольного импульса частицы 25
Панькин Н. А., Сигачев А. Ф., Мишкин В. П. Структура и фазовый состав титан-алюминиевого композиционного материала, полученного холодным прессованием и твердофазным спеканием 30
Мустафаева Д. Г. Принципы получения соединений халькогенидов элементов первой группы и тонких пленок с заданными свойствами на их основе 36
Барбин Н. М., Шавалеев М. Р., Терентьев Д. И., Алексеев С. Г. Компьютерное моделирование термодинамических процессов с участием актиноидов при нагреве радиоактивного графита в атмосфере азота 42
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Хлюстова А. В., Титов В. А. Скорость образования и энергетический выход гидратированных электронов при газоразрядной обработке воды 48
Ахметов М. Н., Ахметов Н. Д., Гимадеев М. М., Кривошеев В. А. О скорости фронта ударной волны при высоковольтном электрическом разряде в воде 53
Задириев И. И., Рухадзе А. А., Кралькина Е. А., Вавилин К. В., Павлов В. Б. О возможности использования емкостного ВЧ-разряда в источнике плазмы с замкнутым дрейфом электронов 57
Батанов Г. М., Борзосеков В. Д., Васильков Д. Г., Вафин И. Ю., Гребенщиков С. Е., Кончеков Е. М., Летунов А. А., Мещеряков А. И., Сарксян К. А., Терещенко М. А., Харчев Н. К., Хольнов Ю. В. Транспортный переход в плазме стелларатора Л-2М: роль коротковолновой турбулентности 61
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Короннов А. А., Сафутин А. Е., Землянов М. М., Зверев Г. М. Повышение стойкости фотоприемных устройств на базе германиевого лавинного фотодиода к воздействию мощного лазерного излучения 65
Андреев Д. С., Варганова В. С., Хакуашев П. Е., Чинарева И. В., Дирочка А. И. Уменьшение времени восстановления чувствительности в p–i–n-фотодиодах на основе InGaAs/InP после воздействия мощных импульсных фоновых засветок 70
Головин С. В., Мезин Ю. С., Седнев М. В., Еремчук А. И., Корнеева М. Д. Исследование индиевых столбчатых контактов при помощи электронной микроскопии 74
Будтолаев А. К., Евлентьев И. А., Либерова Г. В., Сиваченко С. Д., Степанюк В. Е. Эффективность методов геттерирования высокоомного кремния для фотодиодов 80
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Анисимова Н. П., Кулагов В. Б., Луганский Ю. М. Промышленные низкотемпературные пирометры спектрального отношения 83
Лапицкий Д. С., Сыроватка Р. А., Василяк Л. М., Филинов В. С., Депутатова Л. В., Владимиров В. И., Печеркин В. Я. Удаление заряженных частиц микронных размеров переменными электрическими полями квадрупольного типа 88
Свитнев С. А., Попов О. А., Левченко В. А. Характеристики высокочастотной 13,56 МГц бесферритной индукционной ультрафиолетовой лампы 92
ИНФОРМАЦИЯ
XLIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу 98
24-я Международная конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения 101
Сводный перечень статей, опубликованных в журнале “Прикладная физика” в 2015 г. 102
Правила для авторов журнала 107
Бланк-заказ для подписки на 2016 г. 110
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
V. M. Kotov Combined isotropic and anisotropic diffraction in paratellurite on “slow” acoustic wave 5
Yu. K. Kurilenkov, S. Yu. Gis’kov, V. T. Karpukhin, A. V. Oginov, and I. S. Samoilov Nuclear DD fusion in the initial stage of a pulse vacuum discharge with the deuterated Pd anode 10
S. A. Maslov and V. L. Natyaganov Influence of an electric thundercloud structure on forming the tornado-like vortices 16
D. S. Lapitsky Effective forces acting a charged particle in the linear Paul trap 21
G. S. Mkrtichyan and N. S. Erokhin The dynamics of electron surfatron acceleration by electromagnetic waves in the space plasma depending on the particles’ longitudal momentum 25
N. A. Pankin, A. F. Sigachev, and V. P. Mishkin The structure and phase composition of a titanium-aluminum composite material obtained by cold pressing and sintering the solid phase 30
D. G. Mustafaeva Principles of preparing the compounds of chalcogenide elements of the first group and the thin films based on them with desired properties 36
N. M. Barbin, M. R. Shavaleev, D. I. Terentyev, and S. G. Alexeev Computer modeling of processes with actinides in radioactive graphite at heating in a nitrogen atmosphere 42
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
A. V. Khlyustova and V. A. Titov Formation rate and energy yield of hydrated electrons at the gas discharge treatment of water 48
M. N. Akhmetov, N. D. Akhmetov, M. M. Gimadeev, and V. A. Krivosheev About the shock wave speed in a high-voltage electrical discharge in water 53
I. I. Zadiriev, A. A. Rukhadze, E. A. Kralkina, K. V. Vavilin, and V. B. Pavlov About possibility of applying a capacitive RF discharge to the Hall ion sources and thrusters 57
G. M. Batanov, V. D. Borzosekov, D. G. Vasilkov, I. Yu. Vaphin, S. E. Grebenshchikov, E. M. Konchekov, A. A. Letunov, A. I. Meshcheryakov, K. A. Sarksyan, M. A. Tereshchenko, N. K. Kharchev, and Yu. V. Kholnov Transport transition in L-2M stellarator plasmas: a role of the short-wavelength turbulence 61
PHOTOELECTRONICS
А. А. Koronnov, A. E. Safutin, М. М. Zemlyanov, and G. M. Zverev Improvement of resistance of photodetectors with a germanium avalanche photodiode to high power laser irradiation influence 65
D. S. Andreev, V. S. Varganova, P. E. Khakuashev, I. V. Chinareva, and A. I. Dirochka Decreasing a recovery time of sensitivity for the InGaAs / InP pin-photodiodes after an exposure to the high-power pulsed background illumination 70
S. V. Golovin, Yu. S. Mezin, M. V. Sednev, A. I. Eremchuk, and M. D. Korneeva Study of indium bumps for focal plane arrays 74 A. K. Budtolaev, I. A. Evlent’ev, G. V. Liberova, S. D. Sivachenko, and V. E. Stepanyuk The efficiency of the methods of the photo-diodes gettering on the basis of the high-resistyvity silicon 80
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
N. P. Anisimova, V. B. Kulagov, and Y. M. Luganskii Industrial especially low-temperature color pyrometers 83
D. S. Lapitsky, R. A. Syrovatka, L. M. Vasilyak, V. S. Filinov, L. V. Deputatova, V. I. Vladimirov, and V. Ya. Pecherkin Removal of charged micron-sized particles by a quadrupole altering electric field 88
S. A. Svitnev, O. A. Popov, and V. A. Levchenko Characteristics of UV radiation plasma source excited by 13.56 MHz ferrite-free inductively-coupled discharge 92
INFORMATION
XLIII International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Thermonuclear Fusion 98
XXIV International Conference on Photoelectronics and Nigth Vision Devices 101
The summary list of the articles published in Prikladnaya Fizika in 2015 102
Rules for authors 107 Subscription 110
Другие статьи выпуска
Индукционный разряд возбужден на частоте 13,56 МГц в смеси Hg (0,01 Торр) + Ar (0,1— 0,7 Торр) в кварцевой трубке диаметром 38 мм и длиной 400 мм с помощью индуктивной катушки, охватывающей трубку по ее продольному периметру. Обнаружено, что максимум КПД УФ-излучения максимален, а мощность потерь в проводе катушки — минимальна при одной и той же мощности лампы, которая с уменьшением давления аргона сдвигается в сторону больших значений. Результаты расчета КПД УФ-излучения лампы находятся в хорошем согласии с экспериментом.
Продемонстрирована возможность бесконтактного вывода частиц из газового потока в широком диапазоне размеров частиц. Полученные результаты указывают на возможность подбора параметров устройства для селективного удаления частиц необходимого размера.
Рассмотрено использование фотогальванических приемников излучения на основе PbSe и его твердых растворов с целью создания пирометров спектрального отношения (цветовых) для измерения температур в диапазоне +50…+600 оС. Предложены два конструктивных варианта исполнения фотоприемников, обеспечивающих необходимые спектральные и угловые характеристики чувствительности.
Проведено сравнение методов геттерирования при изготовлении фотодиодов на основе высокоомного кремния (p–i–n-фотодиодов). Эффективность геттерирования оценивалась по величине обратных токов фотодиодов при рабочем напряжении 200 В. Лучшие результаты получены на образцах с геттерированием методом диффузионного легирования фосфором нерабочей стороны пластины. Плотность обратных токов составила (2,3—3,4)10-9 А/мм2.
Предложена топология фотодиода, обеспечивающая малые времена восстановления чувствительности. В предложенной топологии фоточувствительная площадка окружена “карманом”, устраняющим медленные диффузионные составляющие в периферийном фотоотклике. Приведены экспериментальные результаты, подтверждающие уменьшение времени восстановления чувствительности.
Представлены результаты исследования увеличения шумов германиевых лавинных фотодиодов вследствие воздействия мощного лазерного излучения. На основании полученных экспериментальных данных было рассчитано значение уровня шума, действующее на выходе усилителя фотоприемного устройства с частично деградировавшим фотодиодом, а также значение порогового напряжения компаратора, при котором выполняются требования по количеству ложных срабатываний. Для восстановления работоспособности фотоприемного устройства после мощной засветки была разработана и успешно испытана схема автоматического переключения порогового напряжения компаратора.
На стеллараторе Л-2М при повышении удельной мощности нецентрального электронноциклотронного нагрева плазмы до 3 МВт/м3 обнаружен спонтанный транспортный переход с ростом энергии плазмы на ~14 % при четырехкратном скачкообразном понижении энергии коротковолновой турбулентности (k= 30 см–1).
Проведено исследование энергетических распределений ионов в плазменной струе, полученной при помощи емкостного ВЧ-разряда во внешнем радиальном магнитном поле внутри тороидального разрядного канала. Показано, что посредством такого разряда на мощностях 100— 200 Вт можно создать ускоренный поток ионов с энергиями 230 эВ.
Экспериментально исследован процесс распространения волн давления при высоковольтном электрическом разряде в воде. Для рассматриваемого диапазона параметров определена скорость фронта ударной волны.
С использованием метода акцепторов найдены скорости генерации и энергетические выходы гидратированных электронов в воде под воздействием тлеющего разряда атмосферного давления. Установлено, что скорость генерации гидратированных электронов растет от 0,7510-6 до 2,610-6 моль л-1с-1 при увеличении тока разряда от 10 до 50 мА, а значения энергетического выхода не зависят от тока и составляют 0,130,01 частиц/100 эВ.
Проведено термодинамическое моделирование, определены константы равновесия реакций с участием актиноидов U, Am, Pu при нагреве радиоактивного графита в атмосфере азота. Описаны процессы, протекающие в интервале температур от 370 до 3270 К, а именно: термическое испарение конденсированных веществ, термическая диссоциация протекающая в паровой фазе, реакции протекающие между конденсированным веществом и газом, реакции между веществами в газо-паровой фазе, термическое разложение твердых веществ и реакции между конденсированными веществами.
Методами растровой электронной микроскопии, металлографии и рентгенографии исследована структура и фазовый состав (Ti, Al)-композитов. Они были приготовлены прессованием смеси порошков титана и алюминия и их последующим твердофазным спеканием на воздухе. Получены зависимости пористости, содержания интерметаллоида TiAl3 и микроструктуры от состава, давления прессования и времени спекания. Описаны возможные механизмы формирования структуры и фазового состава.
В статье представлены результаты расчета эффективных сил увлечения, действующих на заряженную частицу в линейной ловушке Пауля в воздухе при нормальных условиях. Определены зоны внутри ловушки, где происходит захват и удержание заряженных частиц, исследована зависимость зон удержания от параметров частицы и ловушки.
На основе уравнений электрогидродинамики анализируется влияние электрической структуры грозовых облаков и сильных возмущений атмосферного электрического поля под ними на процессы образования торнадо. Показано, что из нижней части вращающегося облака с дипольной структурой может формироваться низовой прорыв, а из облака с трипольной структурой — воронка торнадо.
Ранее была продемонстрирована генерация DD-нейтронов в межэлектродной среде наносекундного вакуумного разряда малой энергии (~ 1 Дж) с полым катодом и дейтерированным Pd-анодом. Была выявлена принципиальная роль образования виртуального катода и соответствующей ему потенциальной ямы в процессах столкновительного DD-синтеза в межэлектродном пространстве. В данной работе получен в эксперименте и обсуждается выход нейтронов на самой начальной стадии разряда, когда пучок автоэлектронов лишь начинает облучать неидеальную поверхность дейтерированного Pd-анода.
Предложен и исследован режим брэгговского акустооптического (АО) взаимодействия в парателлурите, обеспечивающий одновременную изотропную и анизотропную дифракции в первый порядок. Для света с длиной длины волны 0,6310-4 см, дифрагирующего на «медленной» ульразвуковой волне с частотой 25 МГц, эффект достигается при наклоне плоскости АОдифракции на угол ~3,2о относительно оптической оси кристалла. Обнаруженный эффект подтвержден экспериментально.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400