распространение волн свистового диапазона частот в дактах

XXXII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2005 г.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН СВИСТОВОГО ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ В ДАКТАХ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
М.Е. Гущин, Т.М. Заборонкова*, С.В. Коробков, А.В. Костров, А.В. Стриковский
ИПФ РАН, Нижний Новгород, Россия, e-mail: [email protected]
*
НИРФИ, Нижний Новгород, Россия, e-mail: [email protected]
Волноводное каналирование свистов (вистлеров) играет ключевую роль в процессе
распространения ОНЧ-сигналов в околоземной плазме. Наличие плазменных
неоднородностей (дактов), вытянутых вдоль линий геомагнитного поля, позволяет
объяснить
эффективную
транспортировку
низкочастотного
излучения
между
магнитосопряженными точками земной поверхности. Традиционно в физике магнитосферы
изучаются только каналы с повышенной или пониженной плотностью плазмы [1]. Между
тем, серьезное влияние на распространение волн свистового диапазона могут оказывать
неоднородности магнитного поля, возникающие за счет диамагнетизма горячих частиц
радиационных поясов Земли или при возмущении магнитосферы интенсивными МГДволнами.
В работе представлены результаты первого экспериментального исследования процессов
возбуждения и распространения свистов в однородной плазме с поперечно неоднородным
магнитным полем. Эксперименты проводились на большом экспериментальном стенде
«Крот», созданном для моделирования явлений в космической плазме. Столб аргоновой
плазмы (длина 4 м, диаметр 1.5 м) формируется в результате импульсного индукционного ВЧ
разряда в магнитном поле (P=250 кВт, =1 мс, fdis=5 МГц, B0=35 Гс), неоднородности
магнитного поля создавались с помощью вводимых в плазменный объем соленоида (диаметр
d=7 см) и одиночных витков с током (d=6.5 см и d=20 см). Обнаружено эффективное
удержание свистов (f0=2050 МГц), возбуждаемых рамочными антеннами, в дакте с
увеличенным магнитным полем. Показано, что наличие даже сравнительно небольшой
неоднородности магнитного поля в поперечном направлении (B/B0~0.1) может приводить к
существенному изменению пространственной структуры ВЧ полей, особенно сильно
неоднородности магнитного поля влияют на распространение свистовых волн с частотами,
близкими к половинной гирочастоте электронов (fH/2~50 МГц). Исследована
пространственная структура волнового поля при наличии на трассе распространения
свистовой волны локальной неоднородности – «магнитной линзы», создаваемой витком с
током. Локальное увеличение магнитного поля приводит к «фокусировке» свистовой волны,
а неоднородность с минимумом магнитного поля обладает дефокусирующими свойствами,
при этом регистрируется свистовая волна, отраженная от неоднородности.
Предложено качественное объяснение результатов эксперимента, обсуждаются
принципиальные отличия волноводных свойств дактов магнитного поля от характеристик
дактов плотности. В частности показано, что в условиях сильных геомагнитных возмущений
волноводный захват свистов в дакты магнитного поля может быть более эффективным, чем в
дакты плотности.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №04-02-17188) и Российского
департамента науки (финансирование уникальных установок, регистрационный номер 0118).
Литература.
[1]. I.G. Kondrat'ev, A.V. Kudrin, T.M. Zaboronkova. Electrodynamics of Density Ducts in
Magnetized Plasmas. Amsterdam: Gordon and Breach, 1999.
1