авторезонансное взаимодействие электромагнитного импульса

XXIX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 25 февраля – 1 марта 2002 г.
АВТОРЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА
С БЕССТОЛКНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАЗМОЙ
В.П. Милантьев, В.А.Туриков
РУДН, Москва, Россия, vmilantiev@sci.pfu.edu.ru
При движении заряженной частицы в поперечной электромагнитной волне,
распространяющейся в вакууме вдоль направления внешнего постоянного магнитного поля

B0 , существует так называемый режим авторезонансного ускорения [1-3], при котором
условие циклотронного резонанса частицы с волной сохраняется в течение всего времени
движения частицы. При взаимодействии правополяризованной электромагнитной волны с
частицами плазмы ситуация существенно изменяется, так как ее фазовая скорость v ph уже
не совпадает со скоростью света и режим ускорения, близкий к авторезонансному
реализуется лишь при условии
1  v 2ph / c 2  1 . В работах [4,5] в гидродинамическом
приближении было показано, что в этом случае возможно существование солитонообразных
электромагнитных импульсов со “встроенным” ленгмюровским колебанием. Физическая
причина возникновения таких возмущений заключается в том, что первоначально
покоящиеся электроны сначала поглощают энергию поля, что приводит к расстройке
фазового резонанса, а затем, попадая в область замедляющих фаз, полностью отдают ее
заднему фронту импульса.
В данной работе для более детального анализа таких самососогласованных процессов
было проведено численное моделирование взаимодействия с плазмой импульса
правополяризованной плоской волны. Предполагалось, что импульс падает из вакуума на
границу плазмы, которая в начальный момент считалась холодной и имеющей ступенчатый
профиль плотности на границе. Задача рассматривалась в одномерной постановке в
предположении, что все поля и характеристики плазмы зависят только от координаты x
вдоль направления внешнего магнитного поля. Для численного моделирования
использовался одномерный релятивистский код, в котором самосогласованное
электромагнитное поле расчитывалось из уравнений Максвелла, а координаты и импульсы
частиц находились путем численного решения релятивистских уравнений движения.
Результаты численного моделирования показали, что под действием падающего
электромагнитного импульса вблизи границы плазмы возбуждаются продольные
ленгмюровские колебания с характерными пространственными масштабами намного
большими длины волны. Авторезонансное движение электронов в таком поле приводит к
разбиению исходного импульса на несколько более коротких. Было также установлено, что
имеет место периодическая перекачка энергии от поля к частицам и обратно. При этом
период осцилляций энергии уменьшается с ростом плотноси плазмы.
Данная работа выполнена в рамках программы “Университеты России”.
Литература
[1] Коломенский А.А., Лебедев А.Н. // ДАН СССР.- 45 (1962), 1259.
[2] Давыдовский В.Я. // ЖЭТФ.- 43, № 8 (1962), 886.
[3] Милантьев В.П. // УФН.- 167, № 1 (1997), 3.
[4] Красовицкий Д.В. // Физика плазмы.- 12, № 11 (1986), 1394.
[5] Красовицкий В.Б., Прудских В.В. // Физика плазмы.- 20, № 6 (1994), 564.