Конвективная и абсолютная параметрические неустойчивости неоднородной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАШ СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕШИЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.ЖШЕ

(На правах рукописи) ГУСАКОВ ЕВГЕНИЙ ЗИНОВЬЕВИЧ

УДК 533.9

КОНВЕКТИВНАЯ И АБСОЛЮТНАЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ НЕОДНОРОДНОЙ ПЛАЗШ

(01.04.03 - физика и химия плазмы).

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических н&ун

.ггу

у

1/0

<с

Ленинград 1989

Работа выполнена в ордена Ленина физико-тёхническом институте им. А.Ш.Иоффе АН СССР.

Официальные оппоненты - доктор фкзико-матемадичесиих наук,

профессор А.Г.Литвак,

- доктор фиэино-математических каук, профессор В.П.Силнн.

- доктор физико-математичэс.ких наук, профессор И.Н.Топтыгин,

- Ведущая организация - Институт Общей физики АН СССР.

Защита диссертации состоимся "_"_1990 г.

в _часов на заседании специализированного совета

Л.003.23.01 при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе АН СССР по адресу 194021, г.Ленинград, К-21, Политехническая ул. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института

Автореферат разослан "__19 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор физико-математических наук

А.П.Шергин

ОБЩАЯ ХАРАКГ ЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертация посвящена проблемам взаимодействия интенсивных электромагнитных волн с неоднородной плазмой. Развиваемое в ней направление связано, правде всего, с исследованиями влияния неоднородности плазмы на протекающие в ней параметрические распадные неустойчивости, главное внимание уделяется развитию теории конвективных и абсолютных параметрических неустойчивостей в случае двумерно неоднородной плазмы; развитию нелинейной теории абсолютных параметрических неустойчивостей; экспериментальному выявлению некоторых общих закономерностей, присущих параметрическим процессам в неоднородной плазме.

Эти направления исследований взаимодействия электромагнитного- излучения с плазмой, представляющие значительный общефизический интерес, интенсивно развиваются в настоящее время в связи с проблемами сверхвысокочастотного и лазерного нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза.

При плотностях потока энергии излучения, достигаемых в современных экспериментах по нагреву, плагма ведет себя как нелинейная электродинамическая среда. Это, в частности, проявляется в параметрической раскачке п ней собственных колебаний, частота и волновые векторы которых связан:: между собой условиями пространственного и временного сжхронизма. При превышении полем электромагнитной волны (волны накачки) некоторого порогового значения в плазме развиваются параметрические, в частности, распадные неустойчивости, что может приводить к .возбуждению высокочастотной плазменной турбулентности и, в конечном счете, к аномальному поглощению греющего излучения. Отметим, что при мощностях излучения и температурах плазмы, достигаемых в опытах по лазерному нагреву, аномальное поглощение энергии кокет превосходить классическое столкновителькое, определяя как локализацию области поглощения, так и виц функции распределения частиц по скоростям. К сходным эффектам параметрические процессы приводят и при СБЧ нагреве плазмы в токамаках ь диапазоне

нижнегибридных частот, вызывая сильное периферийное поглощение энергии и генерацию быстрцх частиц, а также, приводя к поглощению энергии при отсутствии нижнего гибридного резонанса.В то же время параметрические неустойчивости рассеяния волны накачки, в результате которых параду с плазменными возбуждайся и электромагнитные волны, приводят к аномальному отражению греющего излучения плазмой. Согласно современным представлениям, именно параметрические неустойчивости рассеяния на ионно-звуковых колебаниях приводят к тем значительным уровням отражения лазерного излучения .плазмой, которые наблюдаются в экспериментах. Значительную опасность параметрическое отражение представляет и для планирующихся экспериментов по электронному циклотронному нагреву плазмы токомаков микроволновым излучением лазера на свободных электронах. Величина аномального отражениями поглощения Е .ергии плазмой определяется уровнем насыщен' ч параметрической неустойчивости и зависит от её поведения на начальной, • линейной, по амплитудам раскачиваемых волн, стадии развития (от е§ характера, порога, инкремента).

Важнейшим обстоятельством, оказывающим на развитие распад-ной неустойчивости стабилизирующее воздействие, является пространственная неоднородность плазмы. ( A.D.Piliya// Proc.of 10th conference on phenomena in ionised gases.Oxford.,1971, p.320 ). Она значительно повышает порог развития параметрических процессов и существенно изменяет их характер. Причиной этого повышения является конвективн-й вынос энергии параметрически раскачиваемых волн из узких областей взаимодействия, локализованных в окрестностях точек, в которых выполнены условия пространственного синхронизма

Кок (Хс() = М + К г*

А",х (х)} Км Ы) и Ксх (*) г проекции волновых векторов .раскачиваемых волн и накачки на направление неоднородности . Вынос энергии подавляет неустойчивость в окрестности точки Xd при условии, что характерный размер области резонанса

существенно меньше характерной длины усиления

где Во - инкремент соответствующей неустойчивости однородной плазмы, рассчитанный без учета затухания волн для параметров илаз1.и в точно / я ; 2/< и - проекции групповых скоростей на направление ниоднорс^жзсти.

При выполнении обратного условен в плалме в

окрестности слоя X - Хс/ происходит параметрическая раскачка плазменных колебаний, однако экспоненциальный рост их амплитуд Ово времени насыщается ужо в лмнейном прибли-

жении на уровне

рдч ъ

Плазма в этом случае, строго говоря, нг является неустойчивой, и распадное взаимодействие сводится к пространственному (конвективному) усилению широкого частотного спектра пада?>-цтос на область трехволноиого резонанса. Яараи&грьмескме процессы при этом протекают сравнительно ояяо, а возбуждающиеся волии яе когерентны.

В'неоднородной плазме возможно возбуждение и "настоящей", абсолютной расиадноЗ неустойчивости, насыщающейся за счет не-пшейлыч эффектов на более высоком уровне. Как правило, она возбуждается на базе конвективного, пространственного усилении, если существуют условия для возвращения хотя бы части коннок-гибн-1 вынесенной энергии назад в область распада. Рязитчю теории параметрических неустойчквостей неоднородной пяалми позвонило выявить многочисленные возможности возникшвшип таких ютель обратной связи. Простейшая из них реллизуэтоя, если условия пространственного синхронизма выполнены но в одной, в ;вух точках, а направления групповых скоростей дочерти ¿елн

противоположны. (М#К.НоеедЫиМ*// Phya.Rev.bett; 1972, у.29,

¡49 • р.%5-56В).

¡Горог возбуждения абсолютной параметрической неустойчивости определяется условием баланса усилении и потерь при распро етранении волн б петле обратной связи. Инкремент неустойчивости имеет порядок обратного времени обращения энергии волн п петле. Существенным обстоятельством является то, что при абсолютной неустойчивости, во всяком случае на начальной её стадии, раскачивается лишь дискретный спектр колебаний плазмы. В силу чего можно ожидать, что она представляет собой когерентный волновой процесс.

Отметим, что теория параметрических неустойчивостей неоднородной плазмы, развитая к началу работы над диссертацией весьма детально, тем не менее, не была лишена рада пробелов. Она, как правило, строилась в модели плоскослоистой п-.азмы в приближении плоской волны накачки. В реальных же экспериментах плазма часто имеет сложную конфигурацию, а волна накачки-развитую когерентную пространственную структуру. Особенно существенна неодномерность неоднородности для магнитоактивной плазмы, при воЗ' буждении в ней волн промежуточного частотного диапазона Юм <

В этом случае е плазме возможно возбуждение (в том числе и параметрическое) локализованных электромагнитных полей, трансформирующихся в плазменные и резонансно взаимодействующих с частицами.

Кроме того, существовавшая теория абсолютных параметрических неустойчивостей неоднородной плазмы фактически представляла линейную модель, позволявшую определять пороги и инкременты возбуждавшихся неустойчивостей, но не дававшую предсказаний 9 её насыщении. Такая ограшгченность теории была связана со значительными математическими трудностями, возникающими при попьгт-. ке последоватачьного учета как неоднородности, так и нелинейно-,сти плазмы. Существенным обстоятельством, сдергивающим развитие нелинейной теории, являлось отсутствие аналитических выражений, описывающих влияние различных нелинейных эффектов на процесс конвективного усиления,на базе которого развивается абсолютная неустойчивость.

Отметим, что описанная выше картина развития парнметричес-«их неустойчивостей неоднородной плазш до последнего времени не Зила подкреплена прямыми экспериментальными наблюдениями. Среди экспериментальных фактов, подтверждавших её косвенно, можно тяпать, пожалуй, лишь наблюдающееся во многих экспериментах 1ревышсние порога возбуждения параметрических процессов над ' ¡качениями , предсказываемыми теорией однородной плазмы.

До начала работы над диссертацией не были известны наблюдения параметрических явлений, которые однозначно бы интерпретировались как возникшие в результате развития конвективной параметрической неустойчивости неоднородной плазш. В частности,

было сведений об измерениях характерной структуры плазменных иумов в области конвективного пространственного усиления. Отсутствовали также сведения об экспериментальном наблюдении абсолют-юй параметрической неустойчивости неоднородной плазмы, разви-зающейся на базе пространственного усиления при наличии петли )братной связи какого-либо типа. Не наблюдались также когерентна о параметрические явления, предсказываемые в теории абсолют-шх параметрических неустойчивостей неоднородной плазмы.

Целью диссертационной работы являлось подтверждение рязра-5отздшых представлений о параметрических иеуетой'сшо^тях неоднородной план мы путем теоретического и экспериментального исследования распадной неустойчивости 1 протекающей ч двумерно неоднородной магнитоактивной плазме в окрестности гочки трансформации косой ленгмюровской волны. Решение этой за-;ачи потребовало создания теории конвективной и абсолютной параметрических неустойчивостей развивающихся в окрестности точки шлейной трансформации двумерно неоднородной плазмы, а тактсе зешения задачи о (елинейной стадии трехволнового взаимодействия ! неоднородной среде и развития нелинейной теории абсолютных трылетрических неустойчивостей неоднородной плазш.

Научная новизна и практическое значение работы зяклк-ччит-:я, прккдо всего в следующих новых результатах:

Проведенные в диссертации теоретическ./; и экспв]>им<-я<т.члыш<.*

исследования распадной неустойчивости позволили

подтвердить основные полокения теории параметрических кеустой-чивостей неоднородной плазмы.

Показана центральная роль конвективного, пространственного усиления» происходящего в окрестности точки трехволнового резонанса в параметрическом возбуждении волн. Значения коэффициента конвективного усилении измерены и оценены несколькими независимыми способа?.!«, включающими эоццирование пространственной структуры ионно-эвукоЕЮс шумов.

Продемонстрировано, что при наличии петли обратной связи на базе достаточно большого пространственного усиления происходит возбуждение абсолютной параметрической неустойчивости, инкремент которой определяется временем распространения раскачиваемых волн в петле.

Обнсфужено, что в соответствии с теоретическими предсказаниями абсолютная неустойчивость представляет собой когерентный волновой процесс, в котором возбуждается дискретный спектр .плазменных колебаний.

Найдено точное аналитическое решение задачи о неЛ!шейной стадии трехволнового вэе "содействия в неоднородной среде, что позволяет продвинуться вперед в построении нелинейной теории абсолютных параметрических неустойчивостей неоднородной плазмы

Шстроега теория параметрической неустойчивости ¿^^C^S развивающейся в двумерно неоднородной магнитоактивной плазме в окрестности точки линейной трансфоршщии многомодовой волны накачки.

'Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях по взаимодействию электромагнитных волн с плазмой (Алма-Ата, 1955, Ташкент 1985, IS89), Всесоюзных конференциях по физике низкотемпературной плазмы (Ленинг;.:т 1983, Ташкент, 1987), Всесоюзных семинарах по параметрической ■ турбулентности к нелинейным явлениям в плазме (Москва, 1932, 1983, 1954, 1935, 1987; Алма-Ата,1986), Всесоюзной конференции по теории плазмы (Звенигород,1968); Международных конференциях по физике плазмы (Лозанна, 1984, Киев,1987); Советско-умерккон-

ской рабочей группе по нелинейным явлениям в плазме (Санта-Фе, 1988), а также опубликованы б 22 печатных работах, список которых приведен ниже.

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит263 страниц текста, 59 рисунков, список цитированной литературы включает 166 названий. Полный объем диссертации 333 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение содержит постановку и общее обсуждение вопросов, рассмотренных в диссертации, е также краткий обзор работ, относящихся к исследованию конвективных и абсолютных параметрических неустойчивостей неоднородной плазш. Здесь же обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются основные цели работы, дается сё общая характеристика и краткое содержание.

Оригинальный материал диссертационной работы разбит ня шесть глав, первые три из которых посвящены изложению окслери-ментильных результатов и теоретических оценок, облегчающих кх интерпретацию. Последующие главы диссертации посвящены изложению последовательной теории распадиой неустойчивости , протекающей в двумерно неоднородной магнитоакттшоЛ плазме в окрестности точки линейной трансформации волны накачки.

В Первой главе диссертации дается краткое описание экспериментальной плазменной установки. Плазма формируется с помощью электронно-циклотронного пробоя в баллоне диаметрам 2 см, длиной I м, наполненном аргоном при давлении I * 2 мл рт.ст. и помещенном в магнитное поле 3 кГс. Плотность плазм:л неоцно-родна как хадиально, так и в продольном направлении и на превосходит значений/7^ Ю^см"3. Электронная температура I ?. эВ.

Обсуэдается постановка на этой установке эксперимента по исследованию нелинейных волновых процессов. Волной накачки является косая ленгнюроиская волна (КЛВ) ны частоте / — 2360 ЛЛи

У А'

возбуждаемая с помощью во.чноводного ввоца в виде основной р :.-

диальной моды Тр«йпел11ис»-1улда. Распространяясь по аксиально неоднородному плазменному нолиоводу, эта волна постепенно па-медляогсг.. В окрестности точки, гдо концентрации ми оси системы равна критической « , характеристики полни испытывают особенность типа фокуса, а сама полна трансформируйся в "теплую" ленгммроьскуы. Линейная картина распростр;шения косой ленгмюровской волны в такой ситуации к моменту начала работы Сила достаточно подробно изучена как теоретически, так и экспериментально (Лилия А.Д., Федоров В.И.//йШ>, 1971, т.60, ¡Я, с.309-399; Архипенко В.11., Будцикои В.Н., Роыанчук H.A., Симо"чик Л.В.//шизика плазмы, Iüöl, т.7, с.396-404). Окрестность точки фокуса представляет собой удобный объект для исследования нелинейная явлений, так кик из-за афЬекта замедлении КЛВ и сужения её канала распространения в этой области происходит существенное увеличение амплитуды электрического поля волны. Это обстоятельств приводит к сыскению порогов позбукдонил нелинейных процессов до очень низких величин PQ I + 10 Ут по СБЧ моцносги, подводимой к плазме. В этих условиях окааыъается возможным использование в эксперименте стандартной, доступной и легко перестрлпнаемой СВЧ аппаратуры. Ь то же врем» столь малая СВЧ мощность почти не оказывает аезмущающего действия на плазму, что существенно облегччет интерпретацию экспериментов. Кроме того, полноводный характер распространения КЛВ в окрестности точки фокуса обуелгн-лиичет дискретность их пространственного спектра. В этих условиях пороги возбуждения ЮЮ, обладающих различной пространственной структурой, сильно разлагаются н существует широкий интервал мощностей, ь котором параметрически раскачивается лш одна, основная, радиальная мода. Вгтвствешш, что это обстоятельство так.хо сущее гпгчшо облегчает иитерпрет-щию результатов измерение.

Оснс вн'н- 1))г.1м'1нпе ь первой гла^е удаляется исследованию еаю'и-.лькых £ ><; актов, ряд5ь«ьрлх;ихся -v окрестности точки трчне-формдции К'Ш - фокуса. Локазано, что при дрсрыионип мощность« н->качки к !к.т;г>:.оес порогового лн«чен::п s плазме .млпш'»отсч «.-у; гийчлгосгъ , и п^эисгодит сильное па-

рпмстричосчое отрачоние КЛВ. Существенность эффекта параметрического отражения о энергобалансе подтвмждаится' как измерениями амплитуды отраженного сигнала, так и ннбледежъми динамики свечении плазмы и генерации ускоренных частиц. Показана, что при уиымчмии мощности волны накачки область параметрического отр'';кнния перемещайся в бол со плотную плазму в сторону возбуида.чщого вмновода.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному исследованию конвективной, параметрической неустойчивости не-одноро,г\ной плазмы. В ний излагаются качественные теоретические представления о з двумерно неоднородной плазме,и проводится сопоставление результатов расчетов амплитудно-частотных характеристик рассеянного в плазме оигк;иш с экспериментальными данными. Показано, что при небольших уровнях мощности волна накачки неустойчивость ЪУ , в соответствии с теоретическими предсказаниями представляет собой некого-пентнпй процесс - конвектииную параметрическую неустойчивость неоднородной плазмы. Значения коэффициента конвективного уси-тения определены несколькими независимым* способами. Исследо-зано линпйнов рассеяние зоццируищей ШШ на параметрически из-Зукденных ионно-звуковых (ИЗ) шумах. Обнаружен о^ект полного рассеяния назад пондирующий_КЛВ нч интенсивной >13 полни. Они-;ан эксперимент по зондированию пространственной структуры параметрически возбужденных ИЗ пумоп методом усиленного рассеяния ЖЧ излучения, позиолиший »иоуалиаироь.чть распределение алшш-?уды ИЛ волны в области лрастршствекного угклония. Сопое.т авле--ше экспериментальных данных с результатами расчета, подтворило основополагающие теоретические предстанления о процессе гонвективного усиления. Описпны такдо эксперименты по подапл&-!ию конвективной ноустойчгииооти ¿^•^•¿^'■ЬХ за сччт цолоиап)зав-юнного увеличения затухания Ландау волни накачки.

Третья глава диссертации посвящена экспьр/мянтадьнсму у.с-ледовйнип абсолютной параметрической неустойчивости неоднородной пяаэмы, возбуждающейся на базе конеектяэной неустойчивости при превышении коэффициентом усиления порогового

значения ~ 10э. Абсолютная неустойчивость ис-

следована в различных режимах разряда, н показано, что она проявляется экспериментально в укручении зависимости спектральной плотности мощности, рассеянной в плазме, от мощности накачки и в сужении спектра рассеяния. При зондировании ИЗ шумов обнаружено, пространственное распределение, характерное для "петли обратной связи, приводившей к возвращению в область распада

( ¿о и ¿ъ - основные радиальные моды накачки и рассеянной КЛВ части конвективно вынесенной из нее энергии. Выявлен механизм возникновения петли обратной связи, связанный с двумерной неоднородностью плазмы, а также с наличием у волны накачки небольшой примеси первой радиальной моды . Основное усиление в петле происходит в процессе/^--=->^''^/1# а замыкание петли обратной связи^-. за счет сравнительно более слабого взаимодействия ^ Показано, что возбуждение абсот лютной неустойчивости происходит на базе значительного пространственного усиления, компенсирующего потери энергии в петле обратной связи. На основе предложенного механизма оценен порог возбуждения абсолютной неустойчивости, её инкремент, а также определена структура чает /гного■спектра неустойчивых мод. Проведено сопоставление расчетных значений с экспериментально наблюдаемыми. Описан эксперимент по стимулированию абсолютной неустойчивости, выполненный для подтверждения рели петли обратной связи в формировании рассеянного сигнала. Показано, что зондирующая волна сравнительно небольшой мощности способна значительно увеличить сигнал рассеяния накачки, если она взаимодействует с ИЗ шумами внутри петли обратной связи. Бели же взаимодействие зондирующей волны с ИЗ шумами происходит вне петли обратной связи, то имеет место сильное подавление абсолютной неустойчивости из-за увеличения затухания Ландау волны накачки.

В диссертации также описаны наблюдения регулярного режима "параметрического отражения СВЧ мощности плазмой, позволившие экспериментально доказать, что исследованная абсолютная пара-метр;гческая неустойчивость - когерентный волновой процесс, в котором Еозбутдается дискретный спектр сфазированных ИЗ волн.

Показано, что параметрическое отражение КТО вблизи от точки фокуса протекает когерентно как вблизи порога абсолютной неустойчивости, так и при значительном его превышении.

Приведены результаты исследований динамики установления рассеянного сигнала, позволивших найти инкремент абсолютной неустойчивости и показать, что он определяется временем распространения ИЗ волны в петле обратной связи. Кроме того, описан своеобразный эховый эффект, с помощью которого определена групповая скорость параметрически возбужденных ИЗ юли.

Обсуждаются различные механизмы насыщения абсолютной неустойчивости , наблюдаемой в ¡эксперименте. Показана малая эффективность механизмов, связанных с каскадными процессами и генерацией гармоник ИЗ волны. На основании результатов, изложенных в главах I, Ш, сделан вывод об истощении волны накачки, как основном механизме насыщения.

В Ш главе также приведены результаты наблюдений каскадных спектров рассеяния волны накачки и предложен специфический для неоднородной плазмы механизм их генерации, состоящий в повторном возвращении рассеянной волны в область распада и её рассеянии на параметрически возбужденной ИЗ волне. Кроме того, проведены экспериментальные и теоретические исследования генерации второй гармоники параметрически возбужденной ИЗ волны.

Описанные в первых трех главах эксперименты стимулировали развитие теории нелинейных пара-метрических процессов в двумерно неоднородной замагниченной плазме, в окресч юсти точки трансформации 101В. Полученные автором теоретические результаты приведены в главах 1У-УТ. Глава 1У посвящена исследованию распространения КЛВ в плазменном волноводе со слабой аксиальной неоднородностью. Поле КЛВ ищется в вице суперпозиции собственных мод волновода, геометрикооптическгос лишь по продольной координате. Построена регулярная процедура нахождения таких мод, описывающих замедление, диссипацию и линейн;по трансформация КЛВ в двумерно неоднородной плазме. Исследованы тагсг.е изменения построенной геометрикооптической (ГО) картины распространения КЛВ, имеющие место при учете стри^циокного самовоздействия интенсивных волн. Определены пороговые /етнос-ти

- и -

/СШ, вплоть до которых применимы построенные и диссертации нелинейные решения. Выявлен.! фианчоскял причина нарушения прибли-' -ч 'ния ГО, связанная с зависимость!« грулпопой скорости полн от их шгачитуды. В модели плоскослоистой среды исслодогпна устойчивость полученных рсяк^иий. Поо.гроичнцо в 1У главе Ш моды плазменного волновода «¿полмуггся м последующих главах при ана— ли зе раг.пядной неустойчивости ^>

Пятая глава диссертации псснлцона исследованию параметрических неустойчивостей в дпумирно неоднородной плазме в окрестности точки трансформации КДВ. Сначала исследуется влияние на порог возбуждения неустойчивости сяаюй сильной,

радиальной »¡(.-однородности. Иокаапяо, что легче иеего вонбу.ада-г-тся ионнс—звуковая волна, распространяющаяся 1\ноль плазменного волновода и, следовательно, не выносящая энергии из области взаимодействия. .Минимальный порог возбуждения неустойчивости определяется диссипацией волн и не зависит от масштаба неоднородности плаашл. Затем исследуется влияние на картину неустойчивости ¿7 i." и более слабой аксиальной неоднородности плазмы. ihyueao параметрическое возбуждение собственных мод двумерно неоднородного плазменного волновода. Основное внимание уделено генерации отраженных КЛВ, для которых неустойчивость

носит характер пространственного конвективного усиления. Выведены и решены укороченные уравнения, описыьашие этот процесс в окрестности точки синхронизма по продольным ьслиовш.1 числам. Получены выражения длл матрицы коэффициентов конвективного усиления, а та'«е и для поля КЯВ вдали от течки распада.

Решена задача о нелинейной стадии трехвапноього всапмо-доЯстрня в неоднородной среде. Применение метода обратной задачи теории рассеяния, разработанного в теории политопов, позволило полнить точные аналитические выражения, связывающие асимптотические выражения для амплитуд и фаз взаимодействующих " волн вдали от области пространственного синхронизма. Полученные выражения единым образом описьшйот как режим линейного рас-сеннин Ü

конвективной неустойчивости, так и ре.хм истощения волны накачки.

В шестой главе диссертации теоретически исследуется абсолютная ппрпмсгрическоя ИОуОТОЙЧНПОИТЬ. , возбуждающаяся в двумерно неоднородной мгц'нитонктииной плазме в присутствии мюгомодопой помни накачки, состоящей из мод и Выведены и решены уравнения, описывающие П:!Тиволноиое взаммо-действие в окрестности точки резонанса для процессов^-^('р и . Найдено распределение амплитуд волн в окрест-

ности точки трехполнопого резонанса . Родены за-

дачи о распространении КД и ИЗ волн между этими точками взаимодействия. При этом показано, что ь присутствии мноромодовой волн^ иякачки имеет место нерезон.аьсное взаимодействие волн

, осуцотгвлямцеося через шодздинные колобинкя в ИЗ канале. Задача о распространении 113 полны решена при учете как эффекта дифракции, так и искажения дисперсии ионного звука в присутствии мовдой волны накачки. Таким обрезом, в У1 главе рассмотрены все волновые процессы в потяе обратной связи, приводящие к возбуждению абсолютной параметрической неустойчивости, и получено дисперсионное уравнений, описившсщее ее линейную стадию и позволяющее определить порог возбуждения неустойчивости, спектр её собственных частот и инкремент. Анализируется та юле и нелинейная стадия абсолютной неустойчивости. Основным механизмом насыщения неустойчивости считается истощенно волны накачки, причем как основной, так и первой её моды. Проведено корректное, с учетом нелинеГ«!« ¡фактов, рассмотрение всех элементов петли обратной связи и, в результате, выведено нелинейное дисперсионное уравнение, связывающее амплитуду и частоту рассеянного сиго.млп и описшчшщйо регулярный ре*им параметрического отражения КЛВ. Выведенное дисперсионное уравнение решается, численно. Получении« яри этом эапнсимлсти и . Находятся ь ХОроЫСМ соотает-тнии с нчблкд'кзмыми

экспериментально в регулярном режиме параметрического отражения СВЧ мо.^юсти плазмой.

Описанные в диссертации иеследоьашя позволили сформулировать следующие положения и результ ¡т;.:, мше;¡елго на .угпиту:'

I. Экспериментальные исследования параметрического процесса ¿/-^¿^ подтверждают общие положения теории о конвективном характере развивающейся в неоднородной плазме рю-падной неустойчивости и о возможности возбуждения на её базе абсолютной неустойчивости ¡три наличии петли обратной связи.

• '¿. Эффект конвективного выноса энергии волн из области распада, в соответствии с теоретическими представлениями, приводит к стабилизации параметрической неустойчивости в двумерно неоднородной :.агнитоактивной плазме. При небольшом уровне подводимой к плазме СВЧ мощности процесс развива-

ется как конвективная неустойчивость неоднородной плазмы, что подтверждается сопоставлением амплитудно-частотных характеристик рассеянного сигнала с теоретическими предсказаниям]!. Форма спектра рассеяния определяется конкуренцией аффектов умень-ления групповой скорости волны накачки и увеличения её затухания но механизму.Ландау. Искусственное увеличение затухания Ландау волны накачки приводит к подавлении неустойчивости

. Оценки значения коэффициента конвективного усиления, выполненнио различными независимыми способами, включающими, в частности, микроволновое эоццированиа, структуры возбужденных в плазме ионно-звуковых шумов показывают, что он в разных случаях достигает величин /,С>Л г/с"^

3. Абсолютная параметрическая неустойчивость возбуждается на базе значительного конвективного усиления, благодари наличию в плазме петли обратной связи, т.е. возможности возвращения в область распада малой доли' вынесенной из нее энергии. Усиление ионно-звуковых колебаний, циркулирующих внутри петли обратной связи оказывает стимулирующее действие на развитие абсолютной неустойчивости. Инкремент развития неустойчивости и структура генерируемого при ней спектра рассеяния определяется временем распространения ионно-звукопой волнь в петле обратной связи.

4. Процесс рассеяния

протекает ^с'геречтно как вблизи от порога возбуждения абсолютной параметрической не-усгойчипости, так и при значительном его превышении, когда имеет мйсго сильное параметрическое отражение СВЧ мощности.

Сильное параметрическое отражение имеет место также при взаимодействии зондирующей СВЧ волны с интенсивной параметрически возбужденной ионно-эвуковой волной.

5. Экспериментально наблюдаемая генерация каскадных спектров рассеяния объясняется специфическим для неоднородной плазмы механизмом, связанным о повторным позвращзниом расселиной волны в область параметрического взаимодействия^ Генерация аномально большого второго каскадного сателлита в спектре рассеяния зондирующей волны связана с рассеянием на : олебаниях плазмы на второй гармонике ионно-явуковой золны.

6. Параметрическая неустойчивость двумерно неоднородной магнитоактизной плазмы г (' , з результате которой под действием о,п,номодовой КЛВ накачки возбундается рассеянная назад КЛВ и ионноэвуковая волна, носит характер конвективной неустойчивости неоднородной плазмы. Порог этой неустойчивости определяется продольной неоднородностью плазменного волновода. Всэбуздение абоолотгоЕ параметрической неустойчивости

в двумерно неодасродной плазме происходит, если волна накачки является многомодовой, то есть обладает когерентной пространственной! структурой. Замыкание петли обратной связи при зтом происходит за счет зэа;адодействия рассеянной КЛВ с примесной медой волны накачки, в котором генерируется ионно-зв.уко^ая 201-на, возвращающая энергию о область коьвектипного усиления. Порог абсолютной неустойчивости определяется балансом конвективного усиления, диссипации аелн в петле обратнс'1 связи и потерь, связанных с пятиволновым взаимодействие:,,. Теоретически предсказанные значения порога неустойчивости, её инкремента и спектр возбуждаемых воль ¡находятся в согласии с экспериментальными данными.

7. Применение метода обратной задачи, развитого в теории солитонсв, к анализу нелинейной стадии трохволнового взаил действия в неоднородной средз позволяет получитъ точные аналитические соотношения между адакктуцами. ладокцих и уход.ВДих волн

в окрестности точки синхронизь-а. Зквеценные соотношения позволяет продвинуться вперед в построении пелинэйко.. теории абсолютных параметрических неустойчивостей неоднородно!: плапьк в

случае, когда в их насыщении главную роль играет истощение волны накачки. Получешые в рамках такой нелинейной теории амплитудно-частотные характеристики рассеяния в регулярном режиме неустойчивости , в двумерно неоднородной плазме находятся в согласии с экспериментальными данными.

8. Эффект стрикциошого самовоздействия обусловливает существование предельной мощности, вплоть до которой справе,цливы развитые в линейной теории представления о полной трансформации кооой ленгмюговской волны в плазменную в окрестности точки трансформации типа фокуса. Физическая причина обнаруженного ограничения - зависимость групповой скорости волны от переносимой ею мощности.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гусаков Е.З., Федоров В.И. Параметрическое возбуждение косых лепгмюровских волн, локализованных в слое неоднородной плазмы. Физика плазмы, 1979, т.5, вып.З, п.469-473.

2. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Аномальное поглощение и отражение волны в окрестности точки линейной трансформаций, // Тезисы докладов Щ Всесоюзной конф. Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой. Алма-Ата, 1902» с.51-52.

3. Архипенко В.И,, Будников В.Н., Гусаков Е.З, и др. Исследо-. ванио параметрической неустойчивости рассеяния косой ленг-

мюровской волны на ионнозвукових колебаниях в неоднородной плазме. // Тезисы докладов У1 Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы, т.1, с.256-259, Ленинград, 1983.

4. Архкпшко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Каскадные спектры при параметрической неустойчивости рас сеяния косой ленгмюровской волны на ионнозвуковых колебаниях. // Тезисы докладов У1 Всесоюзной конф. по физике низкотемпературной плазш. Ленинград, 1983, т.1, с.262-264.

5. Архипенко В.И., Будников, В.Н., Гусаков Е.З. и др. Наблюде-

ние аномального отражения волны в окрестности точки линеп-ноЯ трансформации. Известия АН БССР, серия физ.-мат.наук, 1984, № 2, с.76-79.

6. Arkhiponko V.l., Budnikov V.U., Gusakov E.Z. et.al. Investigation of the absolute parametric instability in the jn-horaogeiîeoun plarona. Troc. Contrib. papers of 16 ICPP Lnu-saima, 1904, v.1, p.98.

7. Архипенко В.И., Будников В.H., Гусаков Е.З. и др. Исследование механизма развития абсолютной параметрической неустойчивости неоднородной плазмы. Письма в ЮТФ, 1984, т.39, вып.10, с.453-455.

8. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Динамика поглощения СВЧ волн плазмой в окрестности точки линейной трансформации - фокуса. Jffife, 1984, т.64, пыл.II, с.2136-2145.

9. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Исследование параметрической неустойчивости неоднородной плазмы в области линейной трансформации волны накачки. ЖШ, 1985, т.55, вып.2, с.298-311.

10. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Исследование структуры плазменных шумов в области параметрического конвективного-усиления. // Тезисы докладов 1У Всесоюзной конф. по взаимодействию электромагнитных излучений с плазмой. Ташкент, 1985, с.19-20..

11. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Подавление плазменной параметрической неустойчиво-ги за счет увеличения затухания Ландау волны накачки. Письма в ЖЭТФ,1986, т.43, вып.2, с.71-73.

12. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Ограничение генерации быстрых электронов в плазме за счет параметрического отражения греющей волны. Письма в ИСТ®, 1986,

т.12, вып.19, C.II90-II92.

13. Архипенко В.И., Будников З.Н., Гусаков Е.З. и др. Экспериментальное исследование конвективной параметрической неустойчивости неоднородной плазмы. Физика плазмы, 1987, т.13, вып.6, с.693-700.

14. Архипенко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З. и др. Зксперн-

ментальное исследование механизма ебсалатной плазмы. ЮТФ,

1937, т.93, вып. 4, с.1221-1234.

Ib. .Apx'ineKrCO В. И,, Будников В.И., Гусаков Е.З.,Симончик Л.В. Исследование регулярного режима аномального параметрического охранения. // Тезкси докладов УШ Всесоюзной хонф. •по физике низкотемпературной плазмы. Ташкент, 1987, с.217--218.

16. Arkhipenko V.I., Budnikov V.a., Guualtov E.Z. , SluonchiX L.V. Sxporimf tal verification of the theory of inhomo-geneoue plasma convectivo instability, Inj troc.of the inter, conf on plaeraa pliyaica. Kiov,19S7i v.1, p.61-67.

17. QueaJcov E.Z., Saveliev A.II. Abooluté decay parametric inutnbility of an electrón plauma wave in two-dimonaionaly inlioiaogeneoua plasma. Ini Froc.of tiw inter.Ccmf. on plaavm PUyRios, Kiev, 1907, v.1, p.Se-91.

IB. Архиленко В.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З., Симончик Л.В. Наблюдение когерентного аномального параметрического отражения СВЧ волн плазмой. Письма в K&TÍ?, 1987, т.46, бын.1, С.17Л9.

19. Гусаков Е.З., Савельев А.Н„ Параметрическая неустойчивость в двумерно неоднородной плазме в области линейной трансформации косой ленгмюровской волны. Физика плазш, 1987, т. 13, вып.12, C.I4II-I422.

20. Гусаков Е.З., Савельев А.Н. Нелинейная стадия трехволново-го параметрического взаимодействия в неоднородной среде.

. ЮТ«, 1988, т.94, вып.4, с.80-103.

21. Гусаков R.3., Савальеа А.Н. Распространение надинейной косой ленгм.'эровокой волны в окрестности точки трансформации в двумерно неоднородной плазме. Физика плазмы, 1968, т.14, !,оп.7, с.826-834.

22. Архиненко Я.И., Будников В.Н., Гусаков Е.З., Симончик JÍ.B. Каскадные параметрические спектры в неоднородг1Й плазме. Физика плазмы, 1989, т.15, вшт.4, С.444-4Й2.