Математическое моделирование динамики электронного пучка у поверхности тела в бесстолкновительной плазме

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………4
ГЛАВА 1. Поперечная динамика электронного пучка, инжектируемого
с орбитального космического аппарата в окрестности безатмосферного
небесного тела при наличии ионосферы …………………………………….7
1.1. Основные уравнения динамики электронного пучка в случае плотного
пучка
1.2. Уравнения динамики электронного пучка в ситуации пучка малой
плотности
1.3. Численное моделирование огибающей нерелятивистского электронного
пучка, инжектируемого с орбитального космического аппарата при наличии
лунной ионосферы
1.4. Определение зенитных углов, при которых необходимо учитывать вклад
зондирующего пучка в процесс зарядки освещенной поверхности
планеты
ГЛАВА 2. Определение параметров электрической экранирующей
системы при инжекции электронного пучка с орбитального
космического аппарата
2.1. Постановка задачи по определению компенсирующей экранирующей
системы
2.2. Определение потенциала и радиуса экранирующей системы при
инжекции электронного пучка с орбитального космического аппарата вблизи
Луны…
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Купить

Задачи динамики пучков заряженных частиц в космической плазме уже
несколько десятилетий привлекают внимание зарубежных и отечественных
исследователей. Особый интерес к этим задачам связан главным образом с
проведением экспериментов по зондированию ионосферы и магнитосферы
Земли с помощью пучков заряженных частиц, инжектируемых в
космическую плазму с борта орбитальных космических аппаратов (КА) [1-6].
В последнее время появились новые актуальные приложения задач динамики
пучков заряженных частиц в космической плазме, связанные с созданием
целого комплекса перспективных космических ускорительных систем, таких
как: системы активного дистанционного анализа пород безатмосферных
небесных тел, двигательные системы на пучках ускоренных заряженных
частиц и т.д. [4, 5, 7].
В работе [7] рассмотрена возможность практической реализации метода
активного дистанционного элементного анализа поверхностных пород
безатмосферного небесного тела, основанного на спектрометрии
характеристического рентгеновского излучения (РИ), искусственно
возбуждаемого в поверхностном слое грунта. Для возбуждения
характеристического РИ элементов, входящих в состав поверхностных
пород, предлагается использовать пучок электронов, инжектируемый с борта
КА, совершающего орбитальное движение в окрестности исследуемого
небесного тела (или движущегося по пролетной траектории). Основное
внимание уделено определению необходимых технических требований к
параметрам комплекса аппаратуры, предназначенного для глобального
изучения состава лунных пород с орбиты низкого спутника Луны.
Начало этому направлению исследований положили эксперименты
советских ученых по определению элементного состава лунного вещества по
спектрам естественных рентгеновского и гамма-излучений поверхностных5
пород Луны на автоматических станциях «Луна 10, -11 и -12» [8-10]. В
частности, на основе спектрометрии гамма-излучения лунных пород на
первом искусственном спутнике Луны «Луна-10», впервые было
установлено, что поверхность лунных морей состоит из базальтовых пород
[10]. Аналогичные эксперименты с более чувствительной аппаратурой
проводились на американских космических кораблях «Аполлон-15 и -16»
[11]. В результате были получены крупномасштабные карты элементного
состава более 10% лунной поверхности. Однако, вследствие низкой
интенсивности гамма-излучения, возбуждаемого в лунных породах
высокоэнергетичными частицами космических лучей, точность определения
состава пород, достигаемая гамма-спектральным методом, и его
пространственное разрешение сравнительно невелики. Например, состав
лунных пород по основным породообразующим элементам в экспериментах
на кораблях «Аполлон -15 и -16» удалось установить лишь для больших
участков лунной поверхности с размерами в сотни и тысячи километров [11].
В случае проведения дистанционного анализа поверхностных пород
безатмосферного небесного тела с борта КА, находящегося на орбите и
инжектирующего электронный пучок, основной задачей является
определение необходимых параметров электронного ускорителя, который, с
одной стороны, должен обеспечить достаточную для спектрометрии
интенсивность рентгеновского излучения на орбите КА, а с другой стороны, -
по весу, габаритам и энергопотреблению допускал бы его установку на
орбитальном КА. Кроме того, необходимо исследовать динамику
испускаемого с борта аппарата пучка и его радиус, а также концентрацию
электронов на поверхности небесного тела с учетом влияния фоновой плазмы
в окрестности данного тела. Также представляет интерес вопрос о
возможности изменения поверхностного заряда небесного тела при наличии
приходящего на поверхность тока зондирующего электронного пучка,
фотоэлектронного тока с освещенной поверхности небесного тела и потока
электронной и ионной компонент солнечного ветра в случае, если небесное6
тело подвергается воздействию УФ-излучения Солнца и плазмы солнечного ветра.
Кроме того, при инжекции электронного пучка с борта КА, его
поверхность будет сильно заряжаться. Поэтому представляет особый интерес
определение параметров экранной системы, которая должна окружать КА
для зарядовой нейтрализации борта аппарата [3, 4].
В главе 1 рассмотрена задача о поперечной динамике электронного
пучка, инжектируемого с орбитального КА в окрестности безатмосферного
небесного тела в целях проведения дистанционного рентгеноспектрального
анализа поверхностных пород данного тела. Для случая диагностики лунных
пород решена задача о радиусе и концентрации электронного пучка,
который он достигает на лунной поверхности, при различных значениях энергии и тока пучка.
В главе 2 исследуется задача об определении параметров электрической
экранирующей системы (ЭС) при инжекции электронного пучка с
орбитального космического аппарата. В зависимости от энергии и тока
инжектируемого с орбитального КА электронного пучка рассчитан радиус
сферической ЭС. Кроме того, для фиксированного радиуса экранирующей
системы определена зависимость ее электростатического потенциала от
температуры фоновой плазмы при разных значениях концентрации плазмы.
В заключении приведен краткий обзор представленных результатов
Купить