1tom - 0250.htm
ро затухают за счет Ландау затухания. Дисперс. ур-ние для поперечных (-К _]_&) эл.-магн. колебаний
в холодной плазме имеет вид ^ ≈ V /e*«8-f-<Up. В разреженной плазме {А-г>сор) закон дисперсии поперечных эл.-магн, колебаний такой же, как для световых волн в вакууме. Наличие теплового движения частиц в нерелятивистской плазме (Те^0) да╦т лишь незначит. поправки к частоте щ. Эл.-магн. В. в п. переносят энергию через холодную и покоящуюся плазму со скоростью игр^-^ = ≈ = -≈≈≈^≈≈гтт- < £. Фазовая скорость эл.-магн.
(и /
"Ф=1г = си + -
в п. больше, чем в вакууме:
> с. Как видно из дисперс.
ур-ния, поперечные эл.-магн. В. в п. распространяются только при о) > гор. Это свойство позволяет использовать их ДЛЯ диагностики плазмы.
Т. о., в отсутствие внеш. магн, поля в плазме могут существовать три ветви колебаний (рис. 1): эл.-магн., ленгмюровские и ионно-звуковые.
В, в п. в магнитном поле. Магн. поле существенно меняет волновые свойства плазмы: увеличивается число мод собств. колебаний, меняется их поляризация, прич╦м уже не всегда ч╦тко можно разделить продольные и поперечные волны. В плазме с магн.
этой моды колебаний равна альвеновской. С приближением частоты колебаний к ионно-циклотронной фазовая скорость альвеновской волны уменьшается до нуля. В этой области частот альвеновскую моду наз. ионно-циклотронной. При со≈MO/?; последняя сильно затухает из-за циклотронного поглощения ионами. Фазовая скорость быстрой магнитозвуковой волны раст╦т при увеличении частоты. Поэтому вблизи ионно-циклотронной частоты в плазме должно наблюдаться «двойное лучепреломление». В области частот между ионной циклотронной и электронной циклотронной (йн;^ы<^(дНе^еН01тес быструю магнитозвуковую волну наз. вистлером или геликоном, частота
к-рого G>ft = co/y(?A<2i"2/wpe' В диапазоне частот, больших го//в, существуют
обыкновенная волна с законом дисперсии too≈
(О и └ \\
и необыкновенная
волна
'H^AVH-Wl-f
Рио* 1. Колебания в плазме в Отсутствие магнитного поля.
Рис. 2. Типы волн в холодной эамагниченной плазме: А ≈ алъвеновская; БМЗ ≈ быстрая магнитозвуновая; МН ≈ медленная необыкновенная; БЫ ≈ быстрая необыкновенная; О ≈ обыкновенная.
полем существуют также волны, наа, модами Берн-штейна, к-рые не имеют аналога в газодинамике. Ди-электрич. проницаемость плазмы в магн. поле становится тензором, и закон дисперсии в явном виде в маг-нитоактивной плазме уда╦тся получить лишь в нек-рых частных случаях.
Б холодной (Гг = 0) плазме в магн. тюле (J?0 = 0, BQ £= 0) могут наблюдаться пять ветвей колебаний (рис. 2). В случае распространения волн вдоль магн. поля (1с Я0) имеются одна мода продольных волн (ленгмюровские колебания) и четыре моды поперечных эл.-магн. колебаний, существующие в разных диапазонах частот (альвеновская, быстрая магнлтозвуковая, обыкновенная и необыкновенная волны).
В области низких частот, меньших ионной циклотронной частоты со < о)//£ ∙ = e//0/m,r, закон дисперсии эл.-магн. волн описывает альвеновскую волну
≈ альвеновская
Необыкновенная волна имеет правую круговую поляризацию, совпадающую с направлением циклотронного вращения электронов; вектор электрич. поля в обыкновенной волне вращается в противоположном направлении. Т. о., при со ≈ э- <иНе необыкновенная волна испытывает сильное затухание яз-за циклотронного поглощения электронами аналогично поглощению ионно-циклотронной моды. Это явление используется в т. н. циклотронном методе нагрева плазмы.
Т. к. при частотах со>сОгт вдоль магн. поля могут рас-
пространяться волны как с левой, так и с правой круговой поляризацией, то при равных амплитудах этих волн в результате суперпозиции возникает линейно поляризованная волна с определ. плоскостью поляризации, Скорости распространения волн с разными поляризациями различны, поэтому наблюдается фарадеев-ское вращение плоскости поляризации,^ к- рое также используется для диагностики плазмы.
В случае поперечного распространения (/с_|_-Но) альвеновская волна исчезает и остаются 4 ветви колебаний. В области низких частот частота быстрой магнитозвуковой волны определяется соотношением w ~ = /о>д, справедливым вплоть до ш^со//;. В области
высоких частот имеются по-прежнему две линейно независимые волны ≈ обыкновенная и необыкновенная ≈ с ортогональными поляризациями, к-рые в данном случае линейны. В обыкновенной волне электрич. вектор параллелен Я0, а магн. вектор перпендикулярен внеш. магн. полю. Колебания заряж. частиц при атом происходят вдоль Я0, так что магн. поле не влияет на распространение обыкновенной волны и е╦ частота совпадает с частотой эл.-магн. волн в изотропной плазме:
)
и
быструю магнитозвуко-
Альвеновская
скорость; 1>д
вую волну со≈ волна обусловлена движением частиц попер╦к силовых линий магн. поля, приводящим к искривлению последних. Сила со стороны Я└ действует как возвращающая сила (аналогично силе натяжения струны), а масса плазмы определяет силу инерции, к-рая конкурирует с возвращающей силой.
В быстрой магнитозвуковой волне, в отличие от альвеновской, отсутствуют возмущения компонент скорости и магн, ноля, перпендикулярные Н0. Скорость
^ с ∙ В необыкновенной волне вектор электрич, поля лежит в плоскости, ортогональной Нй, а магн. поле волны параллельно внешнему. При этом выделяют две моды необыкновенных волн: быструю, электрич. вектор к-рой перпендикулярен /с, а фазовая
скорость больше скорости света, и медленную ( тг<с )»
к-рая поляризована вдоль fc.
Если показатель преломления велик (N=kc/& ≈ *- оо), В. в п. становятся почти эл. -статическими (^Т||А'). Частоты квазизлектростатич. мод при распространении вдоль магн. поля [0=^агссоз (&//0/й;Я0)^ 0] для медленной необыкновенной, быстрой магнитозвуковой и
альвеновской
= (о-. В плот-
волн равны со,» ,
ной плазме при
частоты
ох» =
3
р^^и
Л
X
с; О
-Ь юн* sin2 6/203,0 е и to≥ = cu/fecos6. (В случае разре-женной плазмы необходимо заменить о)Яе^± ю>*-) При
")
}
