Введение 3
Глава 1. Слабая нестационарность плазмы как источник
энергии волн 5
1.1. Уравнение баланса энергии 5
1.2. Система для корреляционных функций 6
1.3. Оценка эффективности 11
1.4. Результаты главы 12
Глава 2. Моделирование эффектов слабой нестационарности
плазмы 13
2.1. Расчётные формулы 13
2.2. Результаты расчётов 16
2.3. Анализ результатов 20
2.4. Результаты главы 24
Заключение 26
Приложение 28
1. Пример 1 файла с указаниями 28
2. Пример 2 файла с указаниями 31
Литература 33
Нет сомнения, что плазма (в межгалактическом, межзвёздном и межпланетном пространствах; в Солнце, звёздах и магнитосферах; в лабораторных условиях) нестационарна [1 - 4]. Если характерное время изменения параметров плазмы много больше характерного времени (волнового) процесса, то такая плазма является слабонестационарной (по отношению к процессу) [5, 6].
Слабая нестационарность плазмы может служить источником энергии (резервуаром со знаком «плюс» или «минус») как для частиц [7, 8], так и для волн [5, 6]. Например, относительно хорошо изучено адиабатическое (нерезонансное) изменение энергии частиц в магнитных ловушках Земли и планет, Солнца и звёзд [7, 8]. Менее изучено нерезонансное изменение энергии волн [5, 6]. И в этом суть проблемы.
Поэтому данная работа посвящена дальнейшему изучению слабой нестационарности плазмы как источника энергии волн. Проводится расчёт эффектов нерезонансного изменения энергии волн для некоторых мод. Плазма моделируется спокойной плазмосферой Земли.
Целью работы является изучение слабой нестационарности плазмы как источника энергии волн, моделирование и расчёт нерезонансных эффектов для волн в плазмосфере Земли.
Решаемые задачи:
1. Изучение общих вопросов физики плазмы и космоса, связанных с работой и используемой терминологией.
2. Изучение теории слабой нестационарности плазмы как источника энергии волн.
3. В рамках этой теории провести моделирование эффектов слабой нестационарности плазмы. В частности, для плазмосферы Земли сделать расчёты-оценки энергии волн и анализ этих расчётов-оценок для следующих случаев:
в зависимости от дня в году, номера магнитной оболочки и среднего количества солнечных пятен;
для МГД волн и вистлеров, легмюровских и ВЧ ЭМ волн.
Структура и объем работы. Квалификационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, включает приложение. Объем работы тридцать четыре страницы.
Во введении формулируется исследуемая проблема, обсуждается актуальность работы, ее цель и решаемые задачи.
В первой главе изучается слабая нестационарность плазмы как источник энергии волн. Эта глава написана после изучения общих вопросов физики плазмы и космоса, связанных с работой и используемой терминологией.
Вторая глава посвящена моделированию эффектов слабой нестационарности плазмы. Проводится анализ результатов моделирования.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
В приложении приведены два примера файла с указаниями для вычислений и построения графиков.
Основные результаты выпускной квалификационной работы состоят в следующем:
1. Изучены общие вопросы физики плазмы и космоса,
связанные с работой и используемой терминологией.
2. Изучена теория слабой нестационарности плазмы как источника энергии волн.
3. В рамках этой теории проведено моделирование эффектов слабой нестационарности в условиях спокойной плазмосферы для МГД волн, вистлеров, легмюровских и ВЧ ЭМ волн. Сделаны расчёты частот и энергии волн в зависимости от дня в году, номера магнитной оболочки (параметра Мак-Илвэйна) и среднего количества солнечных пятен.
4. Сделан анализ результатов моделирования, который позволяет сделать ряд выводов, составляющих суть замеченных эффектов слабой нестационарности. В частности:
4.1. Частоты и энергия волн сильно зависят от параметра Мак- Илвэйна и относительно слабо от количества солнечных пятен, причём в течение года наблюдаются два максимума и два минимума с расстоянием примерно 90 дней.
4.2. В спокойной плазмосфере слабая нестационарность может увеличить (уменьшить) энергию волн примерно в два раза, причём в магнитосфере изменение суммарной энергии волн не превысит 1021 эрг, а мощность нерезонансного источника - 107 Вт.
Исследования, связанные с эффектами слабой
нестационарности можно проводить и далее. Например, согласовать (сравнить) замеченные эффекты с
экспериментальными и теоретическими данными, рассмотреть возмущённую плазмосферу (магнитосферу) и т. д.
Автор выражает благодарность всем преподавателям кафедры радиофизики и теоретической физики, принимавшим участие обсуждении работы, а также научному руководителю ст. преподавателю Чернову А. А. за руководство, постановку задач, обсуждение результатов и помощь в подготовке к защите.
