Процессы энерговыделения в гелиосферных плазменных токовых слоях. Релаксация, нагрев и ускорение заряженных частиц тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

Российская академия наук Сибирское отделение Институт солнечно-земной физики

Иркутский государственный технический университет

На правах рукописи УДК 523 165, 533 9 55,621 039 64

СТРОКИН Николай Александрович

ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ ВГЕЛИОСФЕРНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ. РЕЛАКСАЦИЯ, НАГРЕВ И УСКОРЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

01 03 03 - Физика Солнца

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Иркутск - 2007

Диссертационная работа выполнена в Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН и Иркутском государственном техническом университете

Официальные оппоненты доктор физ -мат наук Франк Анна Глебовна

доктор физ -мат наук профессор Бардаков

Владимир Михайлович доктор физ-мат наук профессор Пархомов

Владимир Александрович

Ведущая организация Институт космических исследований РАН

i

i

Защита диссертации состоится 9 октября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 003 034 01 при Институте солнечно-земной физика СО РАН, 664033, г Иркутск, ул Лермонтова, 126, ИСЗФ СО РАН

i j

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИС?ЗФ СО РАН

i

Автореферат разослан /и^леэ 2007 г ;

Ученый секретарь диссертационного совета канд физ-мат наук

Поляков В И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена исследованию гелиосферных плазменных токовых слоев - магнитозвуковых ударных волн (МЗУВ) и квазинейтральных токовых слоев (КТС) посредством лабораторного и численного моделирования Основные рассматриваемые в диссертации проблемы следующие

I) формирование МЗУВ и КТС, закономерности распространения, эволюция структуры магнитного и электрического полей,

П) перераспределение потоковой энергии МЗУВ нагрев и ускорение ионов и электронов,

III) нагрев и ускорение ионов в процессе эволюции КТС, IY) техника эксперимента

Актуальность проблемы. Магнитозвуковые ударные волны и квази-нейгральные токовые слои - это наиболее распространенные объекты в плазме гелиосферы Ударные волны генерируются при воздействии на замагниченную плазму магнитного или плазменного поршня, что происходит в короне и хромосфере Солнца, в процессе распространения потока плазмы солнечного ветра на орбиту Земли и при столкновении с магнитосферой Земли Основным структурным элементом, формируемым при обтекании магнитосферы Земли солнечным ветром, является плазменный геомагнитный токовый слой, включающий КТС Необходимость изучения названных плазменных образований связана с задачами определения характера и степени воздействия МЗУВ и КТС на ионосферу и магнитосферу Земли

Структура и пространственные характеристики фронта МЗУВ определяются в большой степени коллективным взаимодействием заряженных частиц с электростатическими и электромагнитными колебаниями, причиной которых является относительное движение ионов и электронов или неравновесность функций распределения частиц Плазменная турбулентность в значительной степени определяет диссипацию кинетической энергии МЗУВ и перераспреде-

ление ее между электронами и ионами, а внутри одной популяции - перераспределение энергии по спектру Изменение энергии частиц происходит и под воздействием макроскопических характеристик МЗУВ, в частности, скачка электростатического потенциала во фронте В направлении поперек фронта влияние потенциала проявляется в торможении налетающего потока ионов и отражении его части, вдоль фронта - в захвате частиц и их резонансном серфо-тронном (УрхВ) ускорении

Квазинейтральный токовый слой является наиболее энергоемким из известных резервуаром магнитной энергии в плазме, способным накапливать ее продолжительное время Процесс же преобразования магнитной энергии в кинетическую энергию заряженных частиц происходит гораздо быстрее, в том числе и взрывным образом Существенная часть энергии магнитного поля при этом переходит к ионной компоненте плазмы

В процессе эволюции названных плазменных объектов в магнитосфере Земли рождаются геоэффективные всплески энергичных частиц, возбуждающие геомагнитные пульсации При изучении причин генерации всплесков и их прогноза определяющим становится выяснение механизмов перераспределения потоковой или магнитной энергии, запасенной в плазменных токовых слоях, в энергию ионов и электронов Проблема эта имеет комплексный характер и ее исследование проводится методами математического моделирования, наземными измерениями «вторичных» характеристик ионосферы и измерениями непосредственно в космическом пространстве Основой измерений на космических аппаратах (КА) были результаты работы с плазменными токовыми слоями в лабораторных установках Лабораторный эксперимент и к настоящему времени далеко не исчерпал своих возможностей как способ исследования космических явлений посредством модельного переноса свойств в рамках качественного моделирования Космические измерения обеспечивают при попадании КА в плазменный слой хорошее временное и пространственное разрешение, что дало возможность, в частности, исследовать спектры электромагнитных колебаний в плазменных токовых слоях Лабораторный эксперимент проводится в условиях

хорошей воспроизводимости параметров плазмы и обеспечивает, например, возможность точной пространственной привязки к элементам структуры плазменного слоя, что особенно важно при изучении КТС и регулярных ускорительных процессов «Совместные» эксперименты, взаимно обогащая и дополняя друг-друга, обеспечивают достоверное понимание сути плазменных процессов, протекающих в МЗУВ и КТС К настоящему времени уже накоплено достаточно много примеров такого плодотворного сотрудничества Результаты лабораторных экспериментов по изучению закономерностей отражения и дальнейшей релаксации части ионного потока во фронте МЗУВ в широком диапазоне чисел Маха-Альфвена инициировали поиск и регистрацию отраженных ионов в околоземной ударной волне при, докритических числах Маха Лабораторные данные о различиях в эффективности ускорения ионов в особых Х- и Сеточках КТС помогают в интерпретации локальных измерений в КТС геомагнитного хвоста

Таким образом, определяющий вклад в генерацию высокоэнергичных геоэффективных заряженных частиц, вносимый МЗУВ и КТС, и реализованная возможность полезного совместного изучения свойств МЗУВ и КТС в лаборатории и гелиосферной плазме определяют актуальность темы диссертационной работы как с научной, так и с практической точек зрения

Цель работы - исследовать магнитозвуковые ударные волны и квазинейтральные токовые в бесстолкновительной плазме и сопровождающие их процессы нагрева и ускорения частиц в приложении к физике гелиосферной плазмы Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1) Нахождение параметров, определяющих нагрев ионов в МЗУВ

2) Определение роли отраженных ионов в диссипации энергии ударной волны Изучение экспериментальными методами и путем численного счета причин и закономерностей отражения ионов МЗУВ и характеристик рассеяния ионов во фронте МЗУВ

3) Исследование тонкой структуры электростатического потенциала во фронте МЗУВ и связанного с ним эффекта нагрева электронов и формирования перед магнитным подножием электронной волны

4) Экспериментально и методами численного счета исследовать обнаруженный серфотронный механизм ускорения ионов в МЗУВ и КТС в приложении к околоземной ударной волне и геомагнитному хвосту

5) Изучить процессы ускорения протонов в КТС на различных стадиях его эволюции с привязкой к пространственной структуре КТС

6) Сравнение свойств лабораторных КТС с характеристиками процессов энерговыделения в плазменном слое геомагнитного хвоста и в солнечных вспышках

7) Разработка устройств создания магнитных полей для генерации токовых слоев с заданным законом изменения амплитуды во времени и аппаратуры корпускулярной диагностики плазмы

Научная новизна работы состоит в том, что впервые в практике лабораторного эксперимента проведено комплексное сравнительное исследование закономерностей нагрева и ускорения ионов в МЗУВ и КТС Основная часть результатов, изложенных в диссертации, являются новыми, обеспечивающими крупный вклад в развитие существующих научных направлений

Для МЗУВ установлено, что отраженные ионы аккумулируют значительную долю энергии, диссипирующей в ударной волне Они обнаружены и в док-ритических режимах распространения ударной волны Определено влияние отраженных ионов на нагрев и рассеяние ионов Экспериментально впервые наблюдался эффект захвата протонов фронтом МЗУВ и их серфотронного ускорения Изучены закономерности серфотронного ускорения Обнаружена тонкая структура электростатического потенциала во фронте МЗУВ и изучены эффекты отражения и рассеяния ионов в области двух изомагнитных скачков потенциала Экспериментально обнаружен эффект импульсного неадиабатического нагрева электронов в области релаксации отраженного ионного пучка и после-

дующего формирования перед магнитным подножием квазистационарной электронной волны

Экспериментально подтверждена эффективность КТС как источника энергичных ионов, которые образуются в результате воздействия совокупности ускорительных механизмов Выделен эффект отражения ионов от находящегося в движении КТС Экспериментально обнаружены ионы, набирающие энергию вдоль тока в результате серфотронного ускорения Наблюдались протоны, ускоренные на скачке амбиполярного потенциала и во фронте тепловой волны, которые формируются на границе КТС и холодной плазмы Исследована пространственная структура эмиссии горячих ионов определена эффективность их ускорения в особых Х- и О-точках Впервые показано, что наибольшие энергии приобретают ионы, локализованные в магнитных островах Обнаружен мощный всплеск эмиссии ускоренных ионов при вынужденном разрушении КТС В результате сравнения эффективности энерговыделения в ионной компоненте в лабораторном квазинейтральном токовом слое и в КТС, образующемся в области солнечной вспышки, показано, что энерговыделение в КТС может обеспечить вспышечные мощность энерговыделения и темп ускорения ионов Продемонстрирована полезность совместного анализа лабораторных данных и измерений на КА в КТС геомагнитного хвоста

Научная и практическая ценность работы. Практическая ценность изучения плазменных токовых слоев, в которых возможно накопление экстремально большого количества энергии и дальнейшая ее диссипация с темпом, близким к максимальному из известных в природе, состоит в необходимости объяснения явлений в гелиосферной плазме Научное значение диссертационной работы определяется комплексным подходом к изучению процессов перераспределения магнитной и кинетической энергии в магнитозвуковых ударных волнах и квазинейтральных токовых слоях, нагреву и ускорению заряженных частиц Динамика ионов изучалась в обязательной связи с макроскопической и «тонкой» структурой МЗУВ и процессами перестройки топологии КТС

Результаты проведенных исследований МЗУВ в совокупности со спутниковыми данными дают возможность получить более полную картину физических процессов в МЗУВ и ее структуры Данные лабораторных экспериментов по энерговыделению в КТС дают методику изучения ионных всплесков в КТС геомагнитного хвоста и энерговыделения в солнечных вспышках

Несомненную научную ценность имеют данные по детализации процесса отражения во фронте до- и сверхкритических МЗУВ и выяснению механизмов релаксации отраженного пучка ионов, обнаружение эффекта обмена энергией между отраженными ионами и холодными электронами, первые наблюдения и детальное изучение серфотронного механизма ускорения ионов Существенное влияние на подход к изучению энерговыделения в КТС оказывают результаты изучения пространственной структуры энерговыделения в КТС с привязкой к: особым Х- и О-точкам Интересен факт ускорения ионов на скачке амбиголяр-ного электростатического потенциала, формирующегося на границе КТС и холодной плазмы, обнаружение мощного всплеска эмиссии ионов при вынужденном разрушении токовой структуры КТС Энергия ионов при этом намного превышает вклад индукционного электрического поля,

Основная практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что полученные результаты использованы в приложениях к гелиосферной физике и электрофизическому приборостроению

Апробация полеченных результатов. Материалы диссертационной работы были представлены и докладывались на Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах, 6 Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы, Международной рабочей группе по анализу данных года солнечного максимума, III Всесоюзной школе по космической физике, II Рабочем совещании по моделированию космических явлений в лабораторной плазме, семинаре «Проблемы космической электродинамики», Международной рабочей группе по пересоединению в космической плазме, Всесоюзной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, Рабочей

группе «Плазменная астрофизика» и др, семинарах ИСЗФ СО РАН, ИКЙ РАН, ИОФ РАН, ИПФ РАН, НИИ ЯФ МГУ Всего по теме диссертации за период 1977-2007 годы опубликовано более 45 работ, основные результаты изложены в работах [1-25]

Личный вклад автора. При осуществлении экспериментов, проводимых как и все плазменные эксперименты коллективом научных сотрудников, автору принадлежит постановка задачи, определение методов и средств ее решения, подготовка, необходимая модернизация установки и диагностического оборудования, руководство экспериментом, обработка и интерпретация его результатов Работы без соавторов содержат изложение или индивидуального взгляда автора на суть физических процессов, или новых идей в создании приборов корпускулярной диагностики

Автор выражает глубокую признательность коллективу лаборатории Динамики космической плазмы ИСЗФ СО РАН, своим соавторам, Н А Кошилеву, Г Н К ичиги ну, А Т Алтынцеву, Н В Лебедеву, А А Щишко, А Е Индюкову, В И Коротееву и В П Борзенко результаты плодотворного сотрудничества с которыми наши отражение в диссертационной работе

Структура и объем диссертации. Всего в работе 256 страниц текста, включая 94 рисунка и 6 таблиц Список литературы содержит 277 наименований Общий объем диссертации 290 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определен предмет исследования и изложено современное состояние проблем, которым посвящена диссертационная работа Названы нерешенные, но актуальные задачи, на основании чего сформулированы цели диссертационной работы Приведен краткий перечень принципов модернизации установки типа 8-пинч и диагностического комплекса для решения по-

ставленных задач Сформулированы основные положения, выносимые на защиту Охарактеризовано содержание диссертации по главам

В первой главе изложены результаты исследования условий формирования МЗУВ и закономерностей нагрева и ускорения заряженных частиц в маг-нитозвуковых ударных волнах

В разделе 1.1 обозначены общие подходы к изучению МЗУВ и ионной динамики, сформировавшиеся в результате теоретических и экспериментальных исследований лабораторной и космической плазмы, и определено состояние проблемы к настоящему времени

В разделе 1.2 приводятся результаты экспериментального исследования динамики токовых слоев, нагрева и ускорения ионов в МЗУВ в направлении поперек фронта [3] На характер движения ионов определяющее влияние оказывает нормированная на энергию иона в налетающем потоке величина £ скачка электростатического потенциала Найдено, что £ с уменьшением числа Маха растет от 0,15 до 0,7

Все измеренные в одном «выстреле» с помощью восьмиканального энергоанализатора нейтральных частиц перезарядки спектры протонов по энергии имели максвелловскую низкоэнергетичную часть и немаксвелловский хвост Сигналы анализатора приводились к характерным точкам магнитной структуры, регистрируемой магнитными зондами одновременно со спектрами Сдвиг низкоэнергетической части функции распределения соответствовал скорости ионов за фронтом МЗУВ Регистрировалось некоторое количество отраженных ионов Их количество изменялось при вариации МА Потоки ионов, движущиеся друг относительно друга, впервые нами регистрировались в том числе и док-ритическом диапазоне чисел Маха

Результаты, изложенные в разделе 12 1, получены совместно с НА Ко-шилевымиАА Шишко

В разделе Ы.2 экспериментально показано [3], что при определении энергосодержания в ионах необходимо разделять нагрев основной массы частиц и энергию, содержащуюся в хвосте функции распределения Такая метода-

ка обработки ионных спектров приводит, на первый взгляд, к неожиданным результатам температура керна ионной функции распределения падает при росте Мл от 2 до 5 с 50 эВ до 20 эВ Эффективность преобразования энергии направленного движения потока частиц через МЗУВ в тепловую энергию ионов 2Т

д = ——— так же падающая с 0,5 до 0,03 при росте МА в том же диапазоне

ми

значений Нагрев ионов при малых Мл превышает нагрев как за счет адиабатического сжатия (< 8 эВ), так и за счет подогрева в области токовой ионно-звуковой неустойчивости (5-10 эВ) В связи с этим естественным является вопрос о причине нагрева ионов

Наличие встречных ионных потоков приводит к возбуждению на масштабе фронта ионно-звуковых колебаний При анализе вида функций распределения при различных М$ = - ионно-звуковое число Маха, Ул - относительная скорость пучков, Ся - скорость ионного звука), был сделан вывод о том, что спектры с релаксированным пучком и высокой температурой за фронтом МЗУВ формируются при меньших (и Мд) Пучковые распределения и слабый нагрев присущи режимам с более высокими (Мл) Числа Мз & 3,5-4 и МА к 3 являются переходными в смысле изменения режимов ион-ионного взаимодействия

Число отраженных частиц растет с ростом МА, М$, хотя относительная величина потенциала при этом падает Причиной увеличения числа отраженных частиц при больших МА является вклад рассеяния на ионно-звуковых колебаниях

Раздел 1.2.3 содержит обоснование возможности модельного переноса свойств между лабораторной МЗУВ и ударными волнами в гелиосферной плазме [3, 9] Важной для бесстолкновительной плазмы деталью, обеспечивающей реальность сравнения характеристик модели и оригинала, является наличие порогов протекания - параметров подобия многих процессов в плазменных токовых слоях, пороговость и некоторых макроскопических характеристик

Сведения о свойствах околоземной и межпланетной МЗУВ обрабатывались нами по той же методике, что и данные лабораторного эксперимента На необходимость учета ион-ионного взаимодействия в гелиосферных МЗУВ указывает ряд обстоятельств во всех построенных спектрах по энергии присутствуют отраженные частицы, температура ионов превышает уровень, определяемый адиабатическим нагревом При фиксированном значении Д (отношении теплового ионного давления к магнитному) были получены аналогичные лабораторным зависимости пр1фащения температуры ионов во фронте МЗУВ, эффективности ¿"от М3 и МА При максимальных Мв и Мл за фронтом МЗУВ явно выделялись нерелаксированные пучки ионов Спектры, построенные при минимальных М8, МА имели вид распределений с трехмерно релаксирован-ным пучком Подтверждением определяющей роли параметра на наш взгляд, являются и результаты, полученные в период доальфвеновского, но сверхзвукового по Ся солнечного ветра Возмущения при этом имели характер ударной волны, а величина относительного энергосодержания в ионах изменялась в пределах 0,33-0,6, что больше соответствующих значений для сверх-альфвеновских МЗУВ Явно выделялась на всех распределениях и область, соответствующая энергии отраженных ионов Еотр.

В разделе 1.4 обсуждаются результаты лабораторных (1,6 % Мл 5 6,1) и космических {1<МА < 12) экспериментов по МЗУВ с отраженными ионами [3, 9, 10] Рост с увеличением Мл температуры ионов за фронтом, определенной как момент полной функции распределения, является следствием увеличения с ростом МЛ величины Ек - тепловой энергии шпос кинетической энергии отраженных частиц

Для гелиосферных МЗУВ с временем жизни /» сосГ1 характерно сосуществование двух видов электростатических волн, возбуждаемых движущимися друг относительно друга ионными потоками, - в диапазоне ионно-звуковых частот и в области частоты нижнего гибридного резонанса С увеличением Мл (при фиксированном Д) роль низкочастотных колебаний возрастает и для силь-

ных МЗУВ является определяющей В экспериментах с / < ютл, к которым относятся подавляющее большинство лабораторных, в том числе и проведенных нами, воздействие коротковолновых колебаний вносит основной энерговклад в ионы

Раздел Ь5 включает описание экспериментов по изучению тонкой структуры отражения и рассеяния ионов в МЗУВ [11] Регистрировались частицы, движущиеся под разными углами (0 ±90°, ±35 ° в плоскости г -<р, ^-азимутальный угол) по отношению к нормали к плоскости фронта ударной волны Ставилась задача определения источника такого рода ионов

Структура ионного сигнала при а = ±35 "совпадала со структурой сигнала в случае радиальных измерений В предположении, что источником частиц, движущихся под углами а, является радиальное направление (а - 0 определялось изменение величины, характеризующей эффективность отклонения отраженных протонов от направления а = 0°- «сечение рассеяния» Оказалось, что сечение рассеяния <т при изменении направления регистрации относительно тока в МЗУВ с ростом энергии ионов уменьшается быстрее чем 1/Е или как а* 1/Е2

С «тонкой» структурой ионного сигнала были сопоставлены измерения «тонкой» структуры потенциала Впервые наблюдались два изомагнитных екачка потенциала Первый скачок находился в начале подножия МЗУВ, второй - в основном скачке ударной волны Наличие двух пиков частиц в направлении 35° (перед и во фронте МЗУВ), означающее существование двух зон рассеяния, связывалось нами с отражением ионов от этих скачков потенциала Изомагнит-ные скачки потенциала являются, в свою очередь, результатом взаимодействия отраженных частиц с плазмой перед и во фронте МЗУВ Причиной их формирования является турбулентная ионная вязкость, возникающая в результате двухпотоковой коротковолновой ион-ионной неустойчивости, условия возбуждения которой в нашем случае выполняются

Во фронте МЗУВ рассеяние происходит эффективнее, так как скорости отраженных ионов оказываются сравнимыми с возросшими фазовыми скоростями колебаний В условиях эксперимента это возможно при длинах волн колебаний ЮЛо ^ 100Ло (До - дебаевский радиус)

Результаты, изложенные в разделе I 5, получены совместно с А Т Ал-тынцевыми НВ Лебедевым

В разделе 1.6 сообщаются результаты проведения численного эксперимента по нахождению закономерностей отражения ионов МЗУВ Для конфигурации электромагнитных полей, близких к наблюдаемым в ударной волне, рассчитывались как траектории частиц, так и характеристики процесса отражения [10] Найдены зависимости количества отраженных ионов пг и энергосодержания в пучке от параметров волны электрического поля, величины скачка потенциала, температуры ионов налетающей плазмы Впервые показано, что параметром, контролирующим эффективность отражения ионов от скачка потенциала во фронте ударной волны, является величина £> = Е/Еу (Ех, Еу = 11В/с -напряженности электрического поля поперек и вдоль фронта МЗУВ) Основное изменение пг в зависимости от О происходит в интервале 2 <10 Сравнение имеющихся лабораторных и космических данных показывает, что В для космических МЗУВ существенно меньше лабораторных

Результаты, изложенные в разделе 16, получены совместно с А Е Индю-ковым и Г Н Кичигиным

В разделе 1.7 сообщено об экспериментальном обнаружении эффекта серфотронного ускорения протонов вдоль фронта МЗУВ и некоторых его закономерностях [11-13] Для анализа ускорительных процессов измерялись функции распределения протонов по энергии С целью исследования степени изотропии распределений ионов относительно направления Еф = - 17 х В? опыты

* с

проводились при различном направлении магнитного поля В1г (индукционного электрического тока) во фронте МЗУВ Для выяснения связи между высоко-энергичными ионами, регистрировавшимися вдоль фронта ударной волны, и

частицами с других направлений, было проведено сравнение данных спектров и распределений, измеренных в плоскости г- <р Было установлено, что максимальная энергия Етах ведет себя по-разному при изменении Мл В то время как в радиальном направлении Етт « 4ЕН при всех Мл, вдоль фронта Е„ <Етпх ¿6ЕЯ Не совпадает также ход кривых =АЦ) Кроме этого, ионы в радиальном направлении и с направлений ±35 ° наблюдаются и тогда, когда ионов вдоль фронта нет Поэтому был сделан вывод о том, что процесс ускорения частиц вдоль фронта МЗУВ происходит независимо по отношению к процессам отражения и рассеяния ионов с радиального направления

В распределениях ионов по энергии, измеренных в направлении действия £

силы Р = -11В2 (вдоль тока), выделяется группа ионов с энергиями 300-800 эВ с

Темп ускорения протонов вдоль фронта составляет сШШ я (2-4) 109 эВ/с Оценка максимальной скорости, обеспечиваемой серфотронным механизмом (пло-Еу

ский случай) дает Ут = с—~ Энергии ионов в эксперименте составляют вг

(0,3-0,9)

Результаты, изложенные в разделе 17, получены совместное АТ Ал-тынцевым, Г Н Кичигиным и Н В Лебедевым

В разделе 1.8 серфотронное ускорение подробно исследуется в ходе численного эксперимента [14, 15] Рассматривается установившаяся МЗУВ с изо-магнитным скачком потенциала В предыдущих теоретических и численных расчетах не рассматривалась косая (вВп Ф тс/2) МЗУВ, что типично для околоземной МЗУВ Нами найдено, что в этом случае предельные энергии ионов в диапазоне углов 80° < вВп < 100 "могут превышать значения, полученные для строго поперечной МЗУВ Кроме того, в косой МЗУВ, в отличие от строго перпендикулярной, мы наблюдали два варианта прекращения ускорения ионов

1) при углах вв„ близких к я/2 ионы, выходя из захвата, попадают за фронт

волны, 2) при углах, превышающих критический вВи > вВп к, вышедшие из захвата ионы попадают в зову перед фронтом МЗУВ и движутся вдоль магнитного поля, что важно для понимания источника ионов в fbreshock-области околоземной ударной волны

Результаты, изложенные в разделе 18, получены совместно с Г Н Кичи-гиным

Раздел 1.9 содержит описание экспериментальных данных, позволивших построить картину перераспределения энергаи между отраженными ионами и электронами плазмы во фронте МЗУВ и расширить понятие фронта МЗУВ [13, 16, 17] Была прослежена связь между процессом релаксации отраженного ионного пучка и ускорением электронов начальной плазмы Впервые был зарегистрирован двойной изомагнитный скачок электростатического потенциала Оба скачка отражают ионы Регистрируемые в данных режимах распределения ионов по энергии имеют две характерные величины энергий Етах1 = M(U + + V<pif/2> соответствующую спектру, построенному по сигналам, отвечающим первому скачку потенциала, и Етах2 = M(U + Vlf2f/2, соответствующую спектрам в рампе С отраженными частицами связаны три пространственно разнесенные зоны усиленного электронного тока Две из них имеют квазистационарную структуру и являются результатом нагрева электронов в зоне релаксации ионных пучков Третья зона совпадает с основным скачком магнитного поля, где в течении времени тл « tH(l6n идет импульсный нагрев электронов С эффектом импульсного набора энергии электронами в рампе по времени совпадает или модуляция интенсивности штока отраженных ионов, или быстрый сдвиг функции распределения отраженных ионов в сторону более высоких энергий Средняя энергия импульсно ускоренных электронов оценивается величиной Ее -75 эВ я 100Тео (Те0- начальная энергия электронов) Такой прирост энергии электронов обеспечивается если на их подогрев пойдет порядка 20-30% энергии отраженных ионов niMVb/2 ш (2 -5) 10]S эВ/см3

На профиле лидирующего электронного сигнала впервые был выделен

укручающийся по мере движения фронт, который имеет квазистационарную амплитуду Скорость его движения поперек магнитного поля V « V&, н V < ^ Vej. (К/, - скорость горячих электронов, Vel - скорость поперечной диффузии) Движение горячих электронов поперек магнитного поля начинается с диффузии, которая требует эффективную частоту столкновений v^ ~ 10й 1/с Такая v^ обеспечивается колебаниями ионно-звуковош типа, возбуждаемыми при встречном относительно ионов движении холодных электронов, восстанавливающих квазинейтральность плазмы при разлете горячих электронов

Из экспериментальных данных следует, что поперечной бесстолкнови-тельной магнитозвуковой ударной волне в плазме присущи следующие свойства 1) фронт МЗУВ эволюционирует, 2) МЗУВ имеет следующую структуру область горячих электронов - зона релаксации части энергии потока отраженных ионов (добавленные нами две области) - область диффузионного нарастания магнитного поля (подножие) - основной скачок параметров плазмы (рамп) - зона за фронтом ударной волны (overshoot, undershoot) Каждый элемент структуры определяется своим набором плазменных процессов и их динамикой

Выход горячих электронов из фронта магнитного поля, по-видимому, является типичным явлением для МЗУВ Так в foreshock-области околоземной ударной волны самым внешним элементом является тонкий слой электронов, имеющих энергию 1,5-16 кэВ, приходящих из области поперечной МЗУВ Соседним элементом являются ионы, имеющие пучковые распределения по энергии Основываясь на результатах проведенного лабораторного эксперимента, можно предположить, что наблюдаемая в космосе структура формируется уже непосредственно в зоне отраженного потока во фронте и перед поперечной ударной волной, где можно ожидать импульсный нагрев электронов до температур ~ ЮОТсв (Тсв - температура электронов в солнечном ветре)

Результаты, изложенные в разделе 19, получены совместно с А Е Индю-ковымиГН Кичигиным

Во второй главе приведены сведения о нагреве и ускорении ионов в квазинейтральном токовом слое

Проблема КТС интересует исследователей в связи с реализацией в квазинейтральном токовом слое процесса магнитного пересоединения, представляющего собой перестройку топологии магнитного поля Пересоединение силовых линий является фундаментальным физическим процессом в плазме основным для объяснения крупномасштабных динамических преобразований магнитной энергии

Областью сравнительно доступной для прямых исследований процессов пересоединения в плазме, кроме лаборатории, является магнитосфера Земли Наиболее важным крупномасштабным процессом в ней являются «суббури» -электромагнитные возмущения, возникающие вследствие инжекции энергии в магнитосферу Фаза роста суббури начинается с началом магнитного пересоединения на дневной стороне магнитопаузы Далее инициируется формирование Х-линии в ближнем хвосте магнитосферы Основная часть направленного к Земле переноса магнитного потока происходит в виде локализованных течений ускоренной плазмы, которые могут быть следствием процессов пересоединения

В разделе П.1 дан обзор экспериментальных результатов по набору ионами энергии в квазинейтральном токовом слое

В разделе 11.2 изложена постановка задачи на лабораторный эксперимент В диссертационной работе ставилась задача идентификации механизмов ускорения ионов В результате были выделены области параметров плазмы, в которых определяющий вклад в генерацию энергичных частиц вносит отражение от скачка электростатического потенциала в КТС, серфотронное ускорение, обнаруженное впервые, и ускорение в турбулентной зоне Впервые сделаны измерения с привязкой к пространственной структуре КТС проведено сравнение эффективности ускорения ионов в областях Х- и О-точек Изучены всплески энергичных частиц в процессе раскрытия магнитных островов - вынужденной перестройке магнитной структуры На стадии квазистационарного пе-

ресоединения в присутствии островов плотности тока исследованы потоки ионов вдоль нейтральной линии

В разделе 11.3 [13,18,19,20,21] приведены результаты изучения спектров протонов, движущихся под разными углами к нейтральной линии

Ускорение протонов вдоль тока изучалось в магнитных структурах, которые содержали магнитные острова, возникающие в результате развития тиринг-неустойчивости Положение и количество островов определяется начальными параметрами плазмы Тепловые протоны эмитируются непрерывно по всей толщине КТС Полные функции распределения протонов имеют неравновесный вид На динамической стадии (есть движение КТС как целого) наблюдается немонотонная зависимость темпа ускорения ёЕМг, которая связана с неоднородностью магнитной структуры КТС Темп ускорения ионов и их максимальные энергии наименьшие в Х-точке

При переполюсовке поля на границе в центральной области плазменного столба сохраняется керн горячей плазмы, но внешняя граница острова сдвигается наружу, замкнутая магнитная конфигурация за время (2-3)1А раскрывается (и - транзитное альфвеновское время поперек острова) В процессе разрушения КТС регистрируются последовательно ионы с возрастающей энергией Темп набора энергии протонами при этом максимальный из наблюдаемых и составляет йЕ/сИ = (2-6) 109 эВ/с

При возбуждении тока в локальной области плазмы (с помощью узкого ударного витка) формируется магнитная структура Х-типа [22, 23] На начальной стадии эволюции КТС в окрестности Х-точки наблюдаются процессы спонтанного пересоединения при длине слоя 1/А — 7-9 В центральной области КТС в окрестности нулевой линии образуются токовые волокна, которые затем сносятся на фланги слоя со скоростью, превышающей альфвеновскую УА Ти-ринг-процесс происходит на временных масштабах короче ионного циклотронного периода и транзитного ионного времени через магнитные острова в присутствии поперечной к слою компоненты В„ < 50 Гс Впервые показано, что в турбулентном токовом слое с ионно-звуковой турбулентностью (проводимость

а = (0,5-2) 1013 с"1) перпендикулярная компонента не подавляет тириг-неустойчивость В энергетическом распределении ионов при этом выделяется поток частиц со скоростью V >¥л Наблюдается также хвост более энергичных ионов с Етах >1,6 кэВ

Названные механизмы ускорения ионов имеют выделенные направления Наблюдаемая частичная хаотизация ускоренных частиц является следствием рассеяния ионов на колебаниях в турбулентном КТС

На стадии эволюции магнитной структуры, когда скорость пересоединения близка к скорости вынужденного пересоединения в модели Свита-Паркера и топологические характеристики КТС остаются постоянными, ускоренные ионы не регистрируются Скорость движения плазмы вдоль слоя ниже альфвенов-ской, энергии, соответствующие данной скорости, лежат ниже диапазона регистрации энергоанализатора (< 100 эВ)

В случае продольных измерений (90°) при регистрации частиц, вылетающих вдоль нейтрального слоя [24], были восстановлены две функции распределения, относящиеся к ионам, излучаемым из разных областей КТС Спектры (сЫ/<Ш\)2 из центральной области КТС обладают свойствами, похожими на спектры, полученные в радиальной постановке (поперечные (¿/и/Ж/)) Относительная интенсивность продольного потока ионов на два порядка ниже интенсивности радиального потока Естественно предположить, что к таким эффектам приводит рассеяние в плазме на угол 90° малой доли частиц радиального потока Другой вид имеют распределения ионов, эмитируемых из приграничной области ударного витка (сйг/сЖц^ Отличие вида спектров указывает на разные механизмы образования высокоэнергичных ионов в плазме КТС Мы полагаем, что первый спектр формируется при ускорении ионов на амбиполяр-ном скачке потенциала на границе КТС и предварительной (холодной) плазмы и фронте тепловой волны

Ускорение вдоль тока ионов, движущихся вместе с токовым слоем, сходящимся к оси, происходит при их захвате в КТС и определяется силами, действующими в радиальном направлении На равновесной для частицы орбите

радиуса гг величина необходимого для захвата ионов с регистрируемой энергией 4 кэВ радиального электрического поля равна Ег - 2 кВ/см Такие электрические поля появляются при радиальных движениях КТС или определяются градиентами температур на границах слоя На более поздних стадиях эволюции токового слоя поперечные электрические поля локализуются в окрестности сепаратрисы, отделяющей замкнутые силовые линии островов от холодной окружающей плазмы с открытыми силовыми линиями При толщине области захвата 0,5 см требуемый скачок потенциала составляет Лср » 1 кВ, что порядка

электронной температуры в КТС Поэтому, как и в случае с МЗУВ, можно го-

£

ворить о наборе энергии ионами под действием силы Лоренца еЕф = —(V х Вг)

с "

при серфотронном ускорении Тот факт, что темп набора энергии йЕ/йг минимален в окрестности Х-точки является следствием малости по сравнению с магнитным островом величины скачка потенциала и граничного магнитного поля в области Х-точки Захваченные в окрестность Х-точки вблизи стенки рабочего объема протоны, набрав энергию Е <3 кэВ, выходят из КТС и, соответственно, из режима ускорения

При регистрации протонов, движущихся поперек тока, при щ <1013 см"3 регистрировались отраженные частицы При п0 > 1013 см"3 значение Етах достигало 80ЕК, что к отраженным ионам не имело отношения Протоны с Етах < <80ЕК, которые двигались вдоль радиуса по направлению движения токового слоя, и ускорение которых нельзя объяснить отражением от скачка потенциала, и ионы, наблюдавшиеся под углом а = 45° в плоскости г - г имеют спектры, подобные распределениям ионов по энергии при регистрации ионов, движущихся вдоль тока в направлении действия силы еЕф =—(Ур х Вх) Эти ре-

с

зультаты позволяют предположить, что источником энергичных частиц в данном эксперименте является, в основном, направление вдоль тока в КТС и что существует эффективный механизм рассеяния ионов на углы 9 <90°в зоне токовой ионно-звуковой турбулентности и на колебаниях, возбуждаемых при

ион-ионном взаимодействии Сравнение продольного и поперечного спектров при близких начальных параметрах плазмы позволяет определить вид энергетической зависимости эффективного сечения рассеяния <тэфф(Е), которая близка к аэфф(Е)хЕ''

При вынужденном разрушении магнитной структуры трудно ожидать большого вклада серфотронного механизма ускорения из-за разрушения КТС и, соответственно, скачка потенциала Дополнительное ускорение до энергий Е £ £ 1,5 кэВ, вероятно, происходит в индукционном электрическом поле при изменении магнитного потока Важную роль играют потоки горячей плазмы (механизм инжекции), выбрасываемые из магнитной ловушки (острова) при ее открытии (разрушении острова) Окончательный спектр ионов по энергии устанавливается в результате воздействия всех перечисленных механизмов ускорения

Результаты, изложенные в разделе II4, получены совместно с А Т Ал-тынцевымиНВ Лебедевым

Раздел П.5 посвящен совместному анализу данных лабораторных и спутниковых экспериментов, проведенных в геомагнитном хвосте [20]

Сравнение результатов лабораторных и спутниковых экспериментов выявляет аналогию между многими эффектами, связанными с энергичными ионами, в лабораторном КТС и плазменном слое (ПС) геомагнитного хвоста, включающем квазинейгральный токовый слой и пограничную область плазменного слоя (ПОПС) Формирование новой нулевой линии Х-типа, которое сопровождается разрушением старой магнитной структуры и генерацией всплесков энергичных частиц, является наиболее очевидной аналогией между результатами лабораторного эксперимента и данными измерений в геомагнитном хвосте Интересные аналогии выявляются также, если сравнить результаты ионных измерений вдоль тока в лабораторном КТС и данные по всплескам высокоэнергичных частиц в окрестности нейтральной линии и в области между КТС и долями хвоста магнитосферы, которые связываются с прохождением мимо КА в сторону Земли плазмоидов В данном случае есть принципиальная возможность ге-

нерации высокоэ нергетичпой ионной компоненты в процессе серфотронного ускорения Наше утверждение основано на данных по измерению электрических полей в ПОПС, из которых следует, что на границе между областью замкнутых (магнитный остров - плазмоид) и разомкнутых силовых линий магнитного поля существует скачок потенциала вдоль оси Ог, связанный с уходом горячих электронов из плазмоида Эта область толщиной ¿ЗЯВ (Кц - радиус Земли) может двигаться поперек хвоста со скоростями Ур до 107 см/с При этом максимальная энергия частиц вдоль тока в КТС, обеспечиваемая серфингом, составляет Еут л/ 2,1 МэВ и соответствует наблюдаемым в геомагнитном хвосте энергиям протонов во всплесках

Ключевой особенностью серфотронного ускорения является обращение направления движения ионов относительно направления тока при изменении

знака поля Еу - ~У„ х Вх Эффект изменения углового распределения ионов с

при переходе из южной половины хвоста в северную при изменении знака Ур х Вх, был зарегистрирован, мы полагаем, на КА ЮЕЕ-З В поддержку проявления серфотронного механизма ускорения в хвосте говорит и факт обнаружения при расширении ПС высотной стратификации ионов частицы более высоких энергий наблюдались дальше от КТС

В разделе П.6 дан краткий анализ возможной аналогии между ускорением ионов в лаборатории и в солнечных вспышках [25]

В настоящее время общепринято, что определяющую роль в выделении энергии в процессе солнечной вспышки (выброса корональной массы) играют КТС Магнитная энергия аккумулируется в окрестности токового слоя и затем быстро конвертируется в кинетическую энергию частиц плазмы и излучение Полагают, что диссипация тока происходит при топологической реконструкции магнитного поля КТС в режиме аномально высокого сопротивления

Для проведения модельных лабораторных экспериментов, таким образом, необходимо выполнить следующие условия КТС должен быть турбулентным с эффективной частотой столкновений значительно превышающей кулоновскую,

КТС должен быть протяженным, чтобы удовлетворялось условие развития ти-рннг-неустойчивости, время жизни КТС должно быть больше l/VA Условия 1-3 для проведенных нами экспериментов удовлетворяются

Мощность энерговыделения в солнечных вспышках оценивается как Ю10 Эрг см"3 с"1, наши измерения дня лабораторного КТС дают величину ~ 1011 Эрг-см3 с"1 Темп ускорения протонов на Солнце 109 эВ/с, на «УН-Феникс» -(2-6) 109 эВ/с Сравнение характеристик процесса энерговыделения в лабораторном КТС и во вспышке показывает способность турбулентного КТС отдавать энергию с необходимой для протекания солнечной вспышки скоростью Выделенным при этом является случай вынужденного разрушения КТС, на который, как мы считаем, необходимо обратить особое внимание при построении моделей вспышек

Результаты, изложенные в разделе II6, получены совместно с А Т Ал-тынцевымиНВ Лебедевым

В разделе IL7 приведены выводы по главе П, изложенные в комментариях к отдельным разделам главы

В третьей главе дано описание экспериментальной установки «УН-Феникс», на которой проводились эксперименты, с обоснованием требований, предъявляемых к электротехническим компонентам установки, обеспечивающим необходимую скорость нарастания формирующего токовый слой мапдаг-ного поля Bjz> создание предварительной плазмы и начального Boz магнитного поля Создавался либо апериодический импульс поля B¡z (с использованием кроубарирующего разрядника), либо трапециидальный импульс - с помощью нового технического решения - плазменной ловушки магнитного потока [1,2]

Основной диагностикой в работе была корпускулярная диагностика по нейтральным частицам перезарядки В третьей главе приведено описание вось-миканального энергоанализатора (анализируемые энергии от 100 эВ до 5 кэВ) нейтральных частиц перезарядки [3, 4], имеющего временное разрешение от 4 до 160 не при энергетическом разрешении от 2 до 33% Показаны пути увели-

чсния чувствительности энергоанализатора С этой целью предлагается использовать энергоанализаторы ионов типа «двугранный угол» и энергоанализатор нейтральных частиц с временной фокусировкой [5]

В качестве регистратора корпускулярных потоков, имеющих пространственную структуру, предложено использовать регистратор корпускулярного потока с микроканальными пластинами, первая из которых используется как для неискаженной передачи потока частиц, так и в качестве диафрагмы, на которой осуществляется перепад давления до двух порядков - от давления в плазменной установке до давления в камере регистрации усиленного второй микроканальной пластиной потока электронов [6]

Описан оригинальный комплекс приборов для калибровки энергоанализаторов нейтральных частиц перезарядки, состоящий из источника ионов с широким энергетическим спектром, в котором регистрация распределения ионов по энергии осуществляется без разрушения диагностического пучка путем анализа вторичных продуктов реакции перезарядки [7, 8]

Основные результаты, изложенные в главе III, получены совместно с В П Борзенко, Н А Кошилевым, В И Коротеевым, А В Михалевым и А А Шишко В Заключении подчеркнуто, что практическая ценность изучения плазменных токовых слоев состоит в необходимости объяснения явлений в гелио-сферной плазме Обращено внимание на то, что при интерпретации результатов измерений необходимо рассматривать возможность одновременной работы нескольких независимых механизмов ускорения, изменяющих скорость частиц в различных направлениях относительно нормали к токовому слою Анализ ускорительных процессов должен проводиться с учетом особенностей структуры электрического и магнитного полей При исследовании нагрева ионов, в связи с неравновесным характером энергетических спектров в плазменных токовых слоях, необходим раздельный анализ частиц керна функции распределения и ее нетеплового хвоста В связи с большой информативностью корпускулярных измерений обращено внимание на необходимость развития диагностической техники

В разделе 1У.1 перечислены основные результаты работы

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1 Во фронте МЗУВ заряженные частицы набирают энергию в процессе отражения и серфотронного ускорения Ионы определяют динамику диссипации энергии в МЗУВ в диапазоне чисел Маха, включающем и докритический режим Перераспределение энергии в ударной волне контролируется характером ион-ионного взаимодействия

2 Отраженные ионы в подножии МЗУВ могут передавать до 30% своей энергии электронам, импульсно ускоряя их до энергии около 100 начальных электронных температур

3 Квазинейгральному токовому слою свойственна пространственная неоднородность ускорения ионов в КТС Наиболее эффективно протоны ускоряются в области магнитного острова Ионы набирают энергию в процессе отражения, серфотронного ускорения и ускорения на амбиполярном скачке потенциала

4 Вынужденное раскрытие замкнутых магнитных конфигураций и последующее формирование новой магнитной структуры сопровождается наиболее мощным всплеском эмиссии энергичных ионов

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кошилев Н А, Строкин Н А, Шишко А А Плазменная ловушка магнитного потока//Письма в ЖГФ, 1978 -Т 4,вып 4 -С 223-225

2 Кошилев Н А, Михалев А В , Строкин Н А , Шишко А А Устройство для получения плазмы в системе 9-пинч А с СССР № 1025318, МКИ Н051/00 - 5с

3 Строкин Н А О механизме нагрева ионов и перераспределения энергии в бесстолкновительной ударной волне Н ЖЭТФ, 1985 - Т 88, вып б - С 20052014

4 Борзенко В П, Кошилев Н А, Парфенов О Г, Строкин Н А Многоканальный энергоанализатор нейтральных частиц перезарядки с высоким временным разрешением // ЖГФ, 1978 -Т 48, вып б - С 1174-1177

5 Строкин НА Энергоанализатор атомных частиц Ас СССР № 1552254, MKHHOIJ39/34 -2с

6 Коротеев В И, Кошилев Н А, Строкин Н А Регистратор корпускулярного потока Ас СССР № 641544, МПКШШ 39/34 - 2 с

7 Кошилев НА, Строкин НА Метод получения немоноэнегетичных пучков нейтральных частиц с контролируемым спектром // ЖГФ, 1977 - Т 47, вып 11 -С 2361-2363 ~

8 Строкин Н А, Кошилев Н А Способ измерения энергетического спектра нейтральных частиц и устройство для осуществления этого способа А с СССР № 573086, МПК H01J 39/00 - 7 с

9 Строкин Н А Нагрев и ускорение ионов в плазменных токовых слоях Диссертация на соискание ученой степени канд физ -мат наук 1989 - ИПФ АН СССР - Горький -110 с

10 Индюков А Е, Кичиган Г Н, Строкин Н А Закономерности отражения ионов ударной волной // Физика плазмы, 1996 - Т 22, вып 8 - С 694-700

11 Алтынцев А Т , Кичиган Г Н, Лебедев Н В , Строкин Н А Ускорение и рассеяние ионов бесстолкновительной ударной волной // ЖЭТФ, 1989 - Т 96, вып 2 -С 574-582

12 Алтынцев А Т , Кичиган Г Н, Лебедев Н В , Строкин Н А Резонансное ускорение ионов вдоль фронта бесстолкновительной ударной волны // Письма в АЖ, 1989 -Т 15,№5 -С 475-478

13 Кичиган Г Н, Строкин НА// Процессы энерговыделения в космической плазме Иркутск Изд-во ИрГТУ, 2007 - 396 с

14 Kichigin G N, Strokrn N А Magnetosonic shock waves and surfing of particles//Planet Space Sei - в печати

15 Кичигин ГН, Строкин НА Серфотронное ускорение частиц в околоземной ударной волне // Геомагнетизм и аэрономия, 2007 - Т , №5 - в печати

16 Indykov А Е , Kichigin G N, Strokrn N A Electron acceleration in ion-ion interaction region ahead of a shock front И Phys Letters A, 1996 - V 211, Nu 2 -P 228-230

17 Strotan N A, IndyukovAE , Kichigin GN Relaxation of the shock wave-

reflected ion beam, and generation of hot electrons // J. Geophys Res, 1998 - V 103, Nu A9.-P 20541-20551

- 38 Altyntsev A T, Lebedev N V, Strokin N A Acceleration of ions in a current sheet with magnetic islands // Physics Letters A, 1988 - V 129, Nu 5, 6 - P 326328

19 Алтынцев A T , Лебедев H В Ускорение ионов в токовом слое с магнитными островами // Физика космической и лабораторной плазмы 1989 - Новосибирск Наука - С 116-119

20 Altyntsev AT, Lebedev NV, Strokin N A Ion acceleration in a quasi-neutral current sheet//Planet Space Sci, 1990 -V 38, Nu 6 -P 751-763

21 Altyntsev AT, Lebedev NV, Strokin N A Ion acceleration in a current sheet with magnetic island//Adv Space Res, 1991 -V 11, Nu 9 -P 189-191

22 Алтынцев A.T, Лебедев H В , Строкин Н А Сповтанйое и вынужденное пересоединение в магнитной структуре Х-типа Н Физика космической и лабораторной плазмы 1989 -Новосибирск Наука -С 120-130;

23 Altyntsev А Т, Lebedev N V, Strokin N A Influence of a perpendicular magnetic field upon reconnection in a turbulent current sheet I// Plasma Phys and Controlled Fusion, 1989 -V 31, Nu. 13 -P 1973-19^ \ (

24 КошилевH.A, МасаловВЛу СтрокинНА, Шшш[оАА Измерение энергетического спектра ионов в бесстолкновительном нейтральном токовом слое//ЖЭТФ, 1977 -Т 72,вып 6 -С 2110-2119 |

I

25 Altyntsev A.T , Lebedev N V , Strokin N A Laboratory expehments on Solar flare energy release//Adv Space Res, 1990 -V 10, Nu 9 -If 73-81

Подписано в печать 30 01.2007 Формат 60 x 84 /16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 1,75 Уч -год л 2,0 Тираж 150 экз Зак 323 Поз плкна 26н

ИД Хо 06506 от 26 12 2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, ул Лермонтова, 83

ВВЕДЕНИЕ.

В.1. НАГРЕВ И УСКОРЕНИЕ ИОНОВ В

МАГНИТОЗВУКОВЫХ УДАРНЫХ ВОЛНАХ.

В.2. ИОННАЯ ДИНАМИКА В КВАЗИНЕЙТРАЛЬНЫХ

ТОКОВЫХ СЛОЯХ.

В.З. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

В.4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

В.5. СТРУКТУРА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. МАГНИТОЗВУКОВАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА.

1.1. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ.

1.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА И УСКОРЕНИЯ ИОНОВ В ЛАБОРАТОРНОЙ МАГНИТОЗВУКОВОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЕ.

1.2.1. ДИНАМИКА ТОКОВЫХ СЛОЕВ.

1.2.2. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВОЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ СПЕКТРУ ИОНОВ.

1.3. СРАВНЕНИЕ С ДАННЫМИ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.

1.4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО МЗУВ С ОТРАЖЕННЫМИ ИОНАМИ.

1.5.0 ТОНКОЙ СТРУКТУРЕ ОТРАЖЕНИЯ И РАССЕЯНИЯ

ИОНОВ.

1.6. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОТРАЖЕНИЯ ИОНОВ

МАГНИТОЗВУКОВОЙ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ. ЧИСЛЕННЫЙ

ЭКСПЕРИМЕНТ.

1.6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАЕКТОРИЙ ИОНОВ.

1.6.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО СЧЕТА.

1.7. СЕРФОТРОННОЕ УСКОРЕНИЕ ИОНОВ ВДОЛЬ ФРОНТА

МАГНИТОЗВУКОВОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ.

1.7.1. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА УСКОРЕНИЯ.

ЭКСПЕРИМЕНТ.

1.8. ОКОЛОЗЕМНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА.

1.8.1. СТРУКТУРА ПОТЕНЦИАЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

1.8.2. ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПО ЭНЕРГИИ

1.8.3. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ В ОКРЕСТНОСТИ УДАРНОГО ФРОНТА.

1.8.4. СВОДКА ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ МЗУВ.

1.9. СЕРФОТРОННЫЙ МЕХАНИЗМ УСКОРЕНИЯ ЧАСТИЦ В

ПЛАЗМЕ. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.

1.9.1. РАСЧЕТ ТРАЕКТОРИЙ И ЭНЕРГИИ ИОНОВ ПРИ

СЕРФИНГЕ ВО ФРОНТЕ МЗУВ.

1.9.1.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.9.2. СТРОГО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНАЯ МЗУВ.

1.9.3. КОСАЯ МЗУВ.

1.9.4. МЗУВ С ПРОИЗВОЛЬНЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ УГЛОВ а, Ф и $.

1.9.5. ОБСУЖДЕНИЕ.

1.9.6. ВЫВОДЫ.

1.10. РЕЛАКСАЦИЯ ОТРАЖЕННОГО ПУЧКА ИОНОВ И ГЕНЕРАЦИЯ ГОРЯЧИХ ЭЛЕКТРОНОВ.

1.10.1. ВВЕДЕНИЕ.

1.10.2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1.10.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

1.10.3.1. ОТРАЖЕНИЕ И РЕЛАКСАЦИЯ ИОННОГО

ПУЧКА.

1.10.3.2. ДИНАМИКА ПОТЕНЦИАЛА

И ЭЛЕКТРОННОГО ТОКА.

1.10.4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1.10.4.1. ФОРМИРОВАНИЕ СПЕКТРА ИОНОВ.

1.10.4.2. УСКОРЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ.

1.10.4.3. СТРУКТУРА УДАРНОЙ ВОЛНЫ.

1.10.4.4. ПРИЛОЖЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА. ОКОЛОЗЕМНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА.

ГЛАВА 2. УСКОРЕНИЕ ИОНОВ В КВАЗИНЕЙТРАЛЬНОМ

ТОКОВОМ СЛОЕ.

2.1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

2.2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.

2.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

2.3.1. СЕРФОТРОННОЕ УСКОРЕНИЕ ПРОТОНОВ

В КВАЗИНЕЙТРАЛЬНОМ ТОКОВОМ СЛОЕ.

2.3.2. УСКОРЕНИЕ ПРОТОНОВ ПОПЕРЕК ТОКА.

2.3.3. ИЗМЕРЕНИЯ ПОД УГЛОМ 45°.

2.3.4. ПРОДОЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ (90°).

2.4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

2.5. СРАВНЕНИЕ С ДАННЫМИ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

В ГЕОМАГНИТНОМ ХВОСТЕ.

2.6. УСКОРЕНИЕ ИОНОВ В ЛАБОРАТОРИИ И В СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШКАХ.

ГЛАВА 3. ТЕХНИКА ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА.

3.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ. НАЧАЛЬНЫЕ

УСЛОВИЯ.

3.2. ЗОНДОВЫЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА.

3.3. ИЗМЕРЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПРОТОНОВ

ПО ЭНЕРГИИ.

3.4. ПРИБОРЫ АНАЛИЗА И КАЛИБРОВКИ.

3.4.1. ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР НЕЙТРАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ С ВРЕМЕННОЙ ФОКУСИРОВКОЙ.

3.4.2. УСТАНОВКА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОРОВ АТОМОВ ВОДОРОДА.

3.4.3. РЕГИСТРАТОР КОРПУСКУЛЯРНОГО ПОТОКА.

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию закономерностей процессов нагрева и ускорения ионов и электронов в бесстолкновительных относительно парных столкновений плазменных токовых слоях: магнитозвуковой ударной волне (МЗУВ) и квазинейтральном токовом слое (КТС). Последний разделяет области плазмы с вмороженными противоположно направленными магнитными полями; в КТС возможна отличная от нуля поперечная к слою компонента магнитного поля.

Интерес к исследованию динамики преобразования энергии направленного движения потока плазмы в МЗУВ или магнитной энергии квазинейтрального токового слоя в тепловую и кинетическую энергию ионов определяется тем, что в ионной компоненте аккумулируется основная часть потоковой или магнитной энергии, а наиболее яркие проявления «вторичного» энерговыделения вызываются перераспределением энергии между ионами и электронами или перекачкой энергии по спектру электромагнитных колебаний. Примерами таких процессов могут быть нагрев электронов [Галеев, 1986] во фронте околоземной МЗУВ при взаимодействии плазмы с пучком отраженных от фронта волны ионов и геомагнитные возмущения, коррелирующие с всплесками высокоэнергичных ионов, рождающихся при перестройке магнитной структуры КТС геомагнитного хвоста [Зеленый, 1986].

Генерация бесстолкновительных МЗУВ и КТС осуществлялась в предварительно приготовленной плазме лабораторных установок (модификаций установки) типа тета-пинч в результате приложения к плазменной границе

- с1В магнитного возмущения Вх со скоростью нарастания поля —- > 3 • 109Гс/с. В сЬ случае, когда начальное магнитное поле В0 в предварительной плазме совпадало по направлению с полем Д, изучалась МЗУВ; если В0 было антипарал-лельно В1 - КТС.

В.1. НАГРЕВ И УСКОРЕНИЕ ИОНОВ В МАГНИТОЗВУКОВЫХ

УДАРНЫХ ВОЛНАХ

История изучения МЗУВ насчитывает более 40 лет [Сагдеев, 1961, 1964; Кеннэл и др., 1984; Лембидж и др., 2004]. На первом этапе (1961-1974 годы) основное количество информации получалось при проведении теоретических исследований и лабораторных экспериментов. Изложенная в обзоре [Бискамп, 1973] общая картина МЗУВ остается справедливой до настоящего времени, однако, она дополнена большим количеством новых принципиально важных деталей, расшифровывающих природу диссипативных механизмов, увеличивающих многообразие явлений, процессов, пространственных и временных масштабов внутри МЗУВ. Новые данные были получены в теории, на спутниках и космических аппаратах (КА) таких, например, как «Прогноз», IMP, ISEE, Wind, Interball, Cluster и уже в меньшей степени в лабораторных опытах. Преимущества лабораторного эксперимента проявились при изучении изменяющихся во времени параметров плазмы и характеристик заряженных частиц, например, в процессе регулярного ускорения. В данной работе мы ограничимся изложением результатов экспериментального исследования «лабораторных» поперечных (угол между нормалью к плоскости ударной волны и начальным магнитным полем 0Вп = 90°) турбулентных МЗУВ с отношением плазменного давления к магнитному /? « 7, время существования которых порядка обратной ионной циклотронной частоты ojc¡\ с незамагниченными отраженными ионами.

К настоящему времени для поперечных ударных волн экспериментально установлены некоторые характеристики ионной динамики. С ростом альфвеновского числа Маха МА = U/VA (U - скорость ударной волны,

VA = 0 - альфвеновская скорость, щ - начальная концентрация плазначальная температура плазмы, R - универсальная газовая постоянная) увеличивается средняя энергия частиц [Спрайтер и др., 1968; Алиновский и др., 1972; Застенкер, Скальский, 1986]. Нагрев ионов происходит в области основного скачка (ramp) магнитного поля [Гринстадт и др., 1980]. Для сверхкритических ударных волн с МА > MCi, где MCi определяется условием перехода в дозвуковое по скорости ионного звука Cs2 течение за фронтом МЗУВ (C.s-2 = (T2e/Mf5, Т2е - температура электронов за фронтом МЗУВ), обнаружены отраженные ионы [Эсбридж и др., 1968; Алиханов и др., 1969]. Их количество увеличивается при росте числа Маха [Филипс, Робсон, 1972]. Отраженные ионы ответственны за возбуждение в подножии МЗУВ широкого спектра электростатических колебаний, в котором выделяются два максимума - в области нижнегибридной и ионно-звуковой частот.

Физические механизмы, определяющие в широком диапазоне МА нагрев и ускорение ионов, полностью не выяснены.

В связи с тем, что за неравновесность функции распределения частиц, движущихся поперек МЗУВ наибольшая ответственность ложится на отраженные ионы, в диссертационной работе изучаются в широком диапазоне МА экспериментально и численными методами закономерности процесса отражения и влияние отраженных ионов раздельно на нагрев керна функции распределения ионов и электронов и энергосодержание в нетепловом хвосте. В связи с многомасштабностью явлений во фронте МЗУВ [Галеев и др., 1988], возможной нестационарностью эффекта отражения ионов [Красносельских, 1985] и наличием во фронте ударной волны квазистационарных нелинейных структур ионного потока [Смирнов, Вайсберг, 1988] исследуется тонкая структура электростатического потенциала и связанные с ней особенности отражения ионов. Обсуждается механизм передачи части энергии пучка отраженных ионов электронам.

В плазменных токовых слоях существует уникальная возможность наблюдать одновременно работу как турбулентных механизмов диссипации энергии направленного движения или магнитной энергии, так и ускорение частиц в результате воздействия регулярных (макроскопических) ускорительных механизмов. Один из регулярных механизмов - резонансное серфо-тронное ускорение ионов вдоль фронта МЗУВ (УрхВ-ускорение) [Сагдеев, 1964; Сагдеев, Шапиро, 1973; Губченко, Зайцев, 1979; Осава, 1985; Буланов, Сахаров, 1986] идентифицирован и подробно изучается в представленной работе. В численном эксперименте выясняется возможность захвата ионов МЗУВ и их ускорения при перемещении вместе с ударной волной под любыми углами к магнитному полю.

В.2. ИОННАЯ ДИНАМИКА В КВАЗИНЕЙТРАЛЬНЫХ ТОКОВЫХ СЛОЯХ

Квазинейтральный токовый слой неустойчив относительно разрывных (тиринг) электромагнитных неустойчивостей. Он может иметь сложную топологию магнитного поля, состоять из цепочки магнитных островов (токовых жгутов). Длина волны Я растущих возмущений определяется полутолщиной Л токового слоя (Л > 2жЛ). Для лабораторных КТС это размеры порядка 10 см, в то время как, например, в геомагнитном хвосте Земли Л ~ 109 см. Прямое изучение закономерностей магнитного пересоединения и связанных с ним процессов набора энергии ионами наиболее успешно до настоящего времени проводилось в лабораторных условиях. Эксперименты ставились на установках с начальным магнитным полем, содержащим двумерную или трехмерную нейтральную линию (линия изменения знака магнитного поля), в области которой с помощью прямого разряда формировался токовый слой [Франк, 1974; Оябу и др., 1974; Стензел, Гекельман, 1984; Франк и др., 2006]. В других экспериментах нейтральная линия появлялась в процессе формирования токового слоя - двойной обращенный пинч [Баум, Братенал, 1980] и тета-пинч [Ченг, ДеСилва, 1978; Алтынцев и др., 1988а].

На стадиях формирования, метастабильного существования, импульсной фазе пересоединения на установках с начальным квадрупольным магнитным полем регистрировались потоки плазмы, вытекающие вдоль слоя

Кирий и др., 1983]. Средняя энергия ионов достигала 10 кэВ [Оябу и др., 1974]. В процессе существования слоя наблюдался рост температуры ионов [Стензел, Гекельман, 1984; Кирий и др., 1988]. На импульсной фазе пересоединения в прямом разряде поперек тока формировался двойной слой, где происходило ускорение ионов, появлялись пучки частиц, возбуждающие в плазме турбулентность [Стензел, Гекельман, 1984]. Пучки ионов наблюдались также и в тета-пинчах. КТС, генерируемые в тета-пинчах не опираются на электроды, они замкнуты в кольцо и на динамической стадии существования двигаются по направлению к оси установки, отражая часть налетающего потока плазмы [Кошилев и др., 1977; Ченг, ДеСилва, 1978]. В случае медленно движущегося (покоящегося - стационарного) КТС также наблюдаются энергичные ионы в хвосте функции распределения, не связанные с отражением. Их количество составляет несколько процентов от основной массы [Кошилев и др., 1980]. Для импульсных лабораторных установок наиболее полные данные по динамике ионов в плазменных слоях получены с помощью многоканальных энергоанализаторов спектров. Ограничения в таких измерениях связаны с конечным энергетическим и временным разрешением диагностических приборов.

Убедительные доказательства магнитного пересоединения в космосе получены для геомагнитного хвоста и дневной магнитосферы Земли. Данные магнитных измерений позволяют исследователям утверждать, что в плазменном слое хвоста существуют магнитные структуры (плазмоиды), ограниченные замкнутыми силовыми линиями. Свидетельством пересоединения являются также регистрируемые всплески высокоэнергичных ионов, сопровождающие прохождение плазмоидов, формирование нулевой линии Х-типа [например, Кирш и др., 1984; Зеленый, 1986].

При исследовании ионной динами в КТС в настоящей работе ставилась задача выделения области параметров плазмы, где наличие энергичных частиц определяется отражением, и выяснения природы ускорительных механизмов в случае, когда отражение ионов не вносит вклада в формирование немаксвелловского хвоста функции распределения. Сделаны измерения с привязкой к пространственной структуре КТС на разных стадиях его существования, в том числе и при вынужденном разрушении (раскрытии) магнитных островов.

В.З. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Тип установки «УН-Феникс» для формирования плазменных токовых слоев был задан «исторически». Прообразом послужила установка «УН-4» института Ядерной физики СО РАН, на которой в шестидесятые годы XX века был получен ряд определяющих результатов по физике МЗУВ. Новые физические задачи в области МЗУВ и КТС требовали модификации установки. В основном это касалось обеспечения максимально возможной степени ионизации плазмы, повторяемости плазменных параметров от «выстрела к выстрелу». Плазма должна быть однородной в области генерации магнитного возмущения; должны быть минимизированы примеси к рабочему газу (водород, реже аргон), поступление холодной пристеночной плазмы в плазменный токовый слой. Были исключены помехи, связанные с повторной генерацией магнитного возмущения при переполюсовке поля емкостного разрядного накопителя на границе плазмы, периодически разряжающегося на одиночный соленоид - ударный виток. Особенно это было важно при изучении КТС, так как существенно увеличило время жизни слоя, позволило убрать эффекты, связанные с его движением как целого.

Была создана система «безмасляной» вакуумной откачки (абсорбционные насосы двух ступеней плюс магниторазрядные или турбомолекулярные насосы) с устройствами аварийной отсечки плазменного объема при прорывах атмосферы и отключении электрического питания. Двухточечная система импульсного напуска (по два импульсных клапана устанавливались на противоположных торцах установки), наряду с предварительной «тренировкой»

- обезгаживанием серией разрядов и созданием специальных устройств, увеличивающих напряженность поджигающего индукционного поля, позволили приблизиться к 100% ионизации рабочего газа и однородному в пределах ±10% распределению начальной плазмы под ударным витком. Задача обеспечения апериодического импульса магнитного поля на границе (однократная генерация токового слоя) потребовала поиска малоиндуктивных высоковольтных конденсаторов, а, главное, создания малоиндуктивной коммутирующей накопитель энергии системы из основного и кроубарирующего разрядников. Конфигурация ударного витка: широкий, узкий, перфорированный по длине определялась непосредственной задачей на эксперимент.

В качестве диагностических устройств широко применялись традиционные зондовые - магнитные (одиночные, линейки зондов), электрические (тройные) и «потенциальные» зонды. С их помощью определялись как начальная концентрация и магнитное поле в предварительной плазме, так и временной ход и амплитуды магнитного и электрических полей в области плазменного токового слоя. В соответствие с требованиями эксперимента менялась ориентация зондов, расстояние между ними в зондовых линейках. Повышение разрядных напряжений потребовало улучшить помехозащищенность приборов применением дополнительных магнитных сопротивлений, экранов, расположением ограничивающих плазменный ток сопротивлений в потенциальных зондах в непосредственной близости от приемных электродов. Была модернизирована система запуска элементов установки и регистрирующей аппаратуры. Основное количество измерений проведено с использованием высокочастотных двухлучевых запоминающих осциллографов С8-14. В специальных сериях экспериментов применялись более высокоскоростные (С7-15) осциллографы с разрешением до десятых долей не. Максимальное количество одновременно регистрируемых сигналов (датчиков) составляло 12.

Главная информация о закономерностях нагрева и ускорения заряженных частиц была получена методами многоканальной (8-9 каналов) корпускулярной диагностики по быстрым нейтралам перезарядки. Эта трудоемкая, но информативная диагностика потребовала создания энергоанализаторов с высокой чувствительностью и временным (до нескольких не) разрешением, обеспечивающих регистрацию всего спектра по энергии за один выстрел установки в заданном энергетическом (от 100 эВ до 10 кэВ) диапазоне. Для калибровки энергоанализаторов был создан комплекс источников ионов или нейтральных атомов определенного сорта, включающий, как правило, плазменный источник ионов, камеру обдирки, магнитный масс-анализатор и систему регистрации. Система калибровки позволяла проводить ее как «по точкам», ступенчато меняя энергию моноэнергетичного пучка, так и использовать пучок, имеющий широкий спектр по энергии, покрывающий весь диапазон энергоанализатора нейтральных частиц перезарядки. При этом при импульсных измерениях обращалось внимание на обеспечение временной фокусировки пучка. Обеспечение фокусировки первого порядка в двух направлениях в электростатическом энергоанализаторе ионов увеличило чувствительность энергоанализаторов и несколько расширило в сторону низких энергий диапазон регистрации. Для оперативной проверки калибровки коэффициентов усиления многоканального энергоанализатора ионов непосредственно на плазменной установке в процессе эксперимента (например, после изменения положения энергоанализатора) был создан и применялся миниатюрный источник ионов цезия с поверхностной ионизацией.

В.4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Во фронте МЗУВ заряженные частицы набирают энергию в процессе отражения и серфотронного ускорения. Ионы определяют динамику диссипации энергии в МЗУВ в диапазоне чисел Маха, включающем и докритиче-ский режим. Перераспределение энергии в ударной волне контролируется характером ион-ионного взаимодействия.

2. Отраженные ионы в подножии МЗУВ передают до 30% своей энергии электронам, ускоряя их до значений около 100 начальных электронных температур.

3. Квазинейтральному токовому слою свойственна пространственная анизотропия ускорения ионов в КТС. Наиболее эффективно протоны ускоряются в области магнитного острова. Ионы набирают энергию в процессе отражения, серфотронного ускорения и ускорения на амбиполярном скачке потенциала.

4. Вынужденное раскрытие замкнутых магнитных конфигураций и последующее формирование новой магнитной структуры сопровождается наиболее мощным всплеском эмиссии энергичных ионов.

В.5. СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографического списка цитированной литературы.

Основные результаты работы

I. При исследовании магнитозвуковых ударных волн впервые получены следующие результаты:

1. Отраженные МЗУВ ионы есть при любых числах Маха. Они определяют динамику диссипации энергии в МЗУВ в диапазоне чисел Маха, включающем и докритический режим. Перераспределение энергии в ударной волне контролируется характером ион-ионного взаимодействия.

2. Параметром, контролирующим эффективность отражения ионов от скачка электростатического потенциала во фронте МЗУВ, является величина D = Ех/Еу= cEJUB. Основное изменение числа отраженных ионов пг в зависимости от D происходит в интервале 2 <D <10.

3. В окрестности фронта МЗУВ существуют две области ион-ионного взаимодействия, где происходит интенсивное рассеяние отраженных протонов. Их наличие связывается с двумя квазистационарными изомагнитными отражающими скачками потенциала.

4. Отраженные ионы в подножии МЗУВ передают до 30% своей энергии электронам, ускоряя их до значений около 100 начальных электронных температур. Нагретые в зоне ион-ионного взаимодействия электроны выходят из нее в область налетающего потока поперек магнитного поля в виде волны с укручающимся фронтом квазистационарной амплитуды, движущейся со скоростью V « Vre

5. Экспериментально обнаружен эффект захвата и последующего серфотронного ускорения протонов вдоль фронта МЗУВ. Ускорение происходит при произвольных углах между потоковой скоростью, магнитным полем и нормалью к плоскости МЗУВ.

II. При изучении квазинейтрального токового слоя впервые получены следующие результаты:

1. Выявлена пространственная анизотропия ускорения ионов в КТС.

Наиболее эффективно протоны ускоряются в области магнитного острова.

2. Показано, что вынужденное раскрытие замкнутых магнитных конфигураций и последующее формирование новой магнитной структуры сопровождается наиболее мощным для КТС всплеском эмиссии энергичных ионов.

3. Экспериментально обнаружен эффект захвата ионов скачком потенциала на границе квазинейтрального токового слоя и серфотронного ускорения частиц.

4. Наблюдались протоны, движущиеся вдоль оси цилиндрического КТС, ускоренные на амбиполярном скачке потенциала, который формируется на границе КТС и холодной плазмы.

5. Проведено сравнение лабораторных данных с результатами спутниковых измерений в геомагнитном хвосте. Показана идентичность свойств квазинейтральных токовых слоев, выражающаяся во всплесках интенсивности потока высокоэнергичных частиц при вынужденной перестройке магнитной структуры, потоках плазмы вдоль КТС, существовании механизма рассеяния ионов. Показана возможность работы серфотронного механизма ускорения заряженных частиц в условиях хвоста магнитосферы Земли.

Результаты лабораторного эксперимента дают основание полагать, что мощность конверсии магнитной энергии и темп ускорения ионов в КТС обеспечивают характеристики энерговыделения в солнечных вспышках.

II. Создан оригинальный комплекс приборов корпускулярной диагностики плазмы и устройств для создания импульсов магнитного поля заданной формы.

261

Считаю своим приятным долгом поблагодарить научных сотрудников Института солнечно-земной физики СО РАН H.A. Кошилева, Г.Н. Кичигина, А.Т. Алтынцева, Н.В. Лебедева, A.A. Шишко, A.B. Михалева, В.И. Коротее-ва, А.Е. Индюкова в совместной работе с которыми получено основное количество результатов.

Заключение

Практическая ценность изучения плазменных токовых слоев - МЗУВ и КТС, в которых возможно накопление громадного количества энергии и дальнейшая ее диссипация с темпом, близким к максимально известным в природе, состоит в необходимости объяснения явлений прежде всего в околоземной плазме и применения знаний по токовым слоям в экспериментах по созданию условий для протекания управляемой термоядерной реакции как в процессе токового нагрева, так и при использовании комбинированных методов нагрева. Несомненна также ценность знаний о плазменных токовых слоях в построении фундаментальной теории плазмы.

При выполнении диссертационной работы было проведено исследование процессов нагрева и ускорения протонов в бесстолкновительных относительно парных взаимодействий магнитозвуковых ударных волнах и квазинейтральных токовых слоях. Для каждого плазменного токового слоя измерялись функции распределения частиц с помощью многоканальных энергоанализаторов за один цикл генерации магнитных возмущений. Предполагалась возможность одновременной работы нескольких независимых механизмов ускорения, изменяющих скорость частиц в различных направлениях относительно нормали к токовому слою. Действительно, благодаря захвату ионов движущимся скачком электростатического потенциала, проявляется универсальный механизм резонансного взаимодействия с макроскопическим электрическим полем - серфотронное ускорение. Наряду с этим, удалось выделить вклад турбулентного механизма ускорения ионов. Часть из идентифицированных способов ускорения ионов исследована подробно. При интерпретации данных измерений обращалось внимание на необходимость их анализа с учетом особенностей структуры электрического и магнитного полей.

Измеренные темпы ускорения протонов оказались одного порядка с полученными для вспышечных процессов в космической плазме.

При исследовании нагрева ионов, в связи с неравновесным характером

258 энергетических спектров в плазменных токовых слоях, обращалось внимание на необходимость раздельного анализа частиц керна функции распределения и ее нетеплового хвоста. Продемонстрировано возможное влияние турбулентных процессов, возбуждаемых нетепловыми частицами, на нагрев основной массы протонов.

В связи с большой информативностью корпускулярных измерений обращено внимание на необходимость дальнейшего развития диагностической техники. Для изучения быстрых процессов в высокоионизованной плазме намечены некоторые новые подходы к созданию приборов корпускулярной диагностики, пути повышения чувствительности и улучшения временного разрешения многоканальных приборов.

1. Алиновский Н.И., Алтынцев А.Т., КошилевН.А. (1969) О методе пассивной корпускулярной диагностики высокотемпературной плазмы. Новосибирск, Препринт / ИЯФ СО АН СССР; № 291. 1969. - 18 с.

2. Алиновский H.H., Алтынцев А.Т., Кошилев H.A. (1972) Исследование нагрева ионной компоненты плазмы бесстолкновительной ударной волной // ЖЭТФ. Т. 62, вып. 6. - С. 2121-2128.

3. Алиханов С.Г., Алиновский Н.И., Долгов-Савельев Г.Г. и др. (1968) Бесстолкновительные ударные волны в плазме // III Межд. конф. по физике плазмы. Доклад CN-24/A-1. - Новосибирск, 1968.

4. Алтынцев A.T., Красов В.И., Томозов B.M. (1984) Солнечные вспышки и плазменные эксперименты // Итоги науки и техники. Исследование космического пространства. Т. 25 / ВИНИТИ. - Москва, 1984. С. 99-191.

5. Алтынцев и др. (Altyntsev А.Т., Bardakov V.M., Krasov V.l., Lebedev N.V., Paperny V.L., Simonov V.G.) (1986) Laboratory simulation of energy release in solar flares // Solar Phys. V. 106, Nu. 1. - P. 131-145.

6. Алтынцев A.T., Красов В.И., Лебедев H.B., Паперный B.JI. (1987) Формирование магнитных островов в токовом слое // Письма в ЖЭТФ. Т. 45, вып. 1.-С. 17-20.

7. Алтынцев А.Т., Лебедев Н.В., Строкин H.A. (1988а) Ускорение ионов в квазинейтральном токовом слое. Иркутск, Препринт / СибИЗМИР СО АН СССР; №20. 1988.-23 с.

8. Алтынцев А.Т., Кичигин Г.Н., Лебедев Н.В., Строкин H.A. (19886) Ускорение и рассеяние ионов бесстолкновительной ударной волной. Иркутск,

9. Препринт / СибИЗМИР СО АН СССР; № 21. 1988. 13 с.

10. Алтынцев и др. (Altyntsev А.Т., LebedevN.V., StrokinN.A.) (1988в) Acceleration of ions in a current sheet with magnetic islands // Physics Letters A. -V. 129, Nu. 5, 6.-P. 326-328.

11. Алтынцев A.T., Красов В.И., Лебедев H.B., Паперный В.Л. (1988д) Исследование механизмов энерговыделения в турбулентном токовом слое // ЖЭТФ. Т. 94, вып. 9. - С. 75-87.

12. Алтынцев A.T., Кичигин Г.Н., Лебедев H.B., Строкин Н.А. (1989а) Ускорение и рассеяние ионов бесстолкновительной ударной волной // ЖЭТФ. -1989. Т. 96, вып. 2. - С. 574-582.

13. Алтынцев и др. (Altyntsev А.Т., Lebedev N.V., Strokin N.A.) (19896) Influence of a perpendicular magnetic field upon reconnection in a turbulent current sheet // Plasma phys. and controlled fusion. V. 31, Nu. 13. - P. 1973-1978.

14. Алтынцев и др. (Altyntsev A.T., Lebedev N.V., Strokin N.A.) (1990a) Laboratory experiments on Solar flare energy release // Adv. Space Res. V. 10, Nu. 9.-P. 73-81.

15. Алтынцев и др. (Altyntsev A.T., Lebedev N.V., Strokin N.A.) (19906) Ion acceleration in a quasi-neutral current sheet // Planet. Space Sci. V. 38, Nu. 6. -P. 751-763.

16. Андерсон, Кункель (Anderson О.А., Kunkel W.B.) (1969) Tubular pinch and tearing instability // Phys. Fluids. V. 12. - P. 2099-2108.

17. Андерсон и др. (Anderson K.A., Lin R.P., Martel F., Lin C.S., Parks G.K., Reme H. (1979) Thin sheets of energetic electron upstream from the Earth's bow shock // Geophys. Res. Letters. V. 6, Nu. 5. - P.401-404.

18. Андрью и др. (Andrews M.K., Daly P.M., Keppler E.) (1981) Ion jetting at the plasma sheet boundary: simultaneous observations of incident and reflected particles // Geophys. Res. Letters. V. 8, Nu. 9. - P. 987-990.

19. Артеев М.С., Сулакшин С.С. (1987) О возможности применения ФЭУ-140 в импульсной спектроскопии плазмы // Приборы и техника эксперимента.-Вып. З.-С. 142-143.

20. Асано и др. (Asano Y., Mukai Т., Hoshino М., Hayakawa Н., Nagai Т.) (2004) Current sheet structure around the near-Earth neutral line observed by Geotail // J. Geophys. Res. V. 109, Nu. A02212. - P. 1-18.

21. Афанасьев В.П., Явор С.Я. (1978) Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978 - 224 с.

22. Афросимов В.В., Гладковский И.П., Гордеев Ю.С., Калинкевич И.Ф. (1960) Метод исследования потока атомов, испускаемых плазмой // ЖТФ. -Т. 30, вып. 12.-С. 1456-1468.

23. Афросимов В.В., Гладковский И.П. (1967) Корпускулярная диагностика горячей плазмы // ЖТФ. Т. 37, вып. 9. С. 1557-1597.

24. Афросимов В.В., Кисляков А.И., Петров М.П. (1975) Анализатор атомных частиц: А.с. СССР № 409316, МКИ H01J 39/34. 2 е.: ил.

25. Афросимов В.В., Петров М.П. (1986) Состояние и перспективы корпускулярных методов исследования плазмы на термоядерных установках //

26. Диагностика плазмы. Вып. 5 / Под ред. М.И. Пергамента. Москва, 1986. С. 135-146.

27. Ашур-Абдала (Ashour-Abdalla M., Frank L.A., Paterson W.R., Zelenyi L.M.) (1996) Proton velocity distributions in the magnetotail: theory and observations // J. Geophys. Res. V. 101, Nu. A2. - P. 2587-2598.

28. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А., Половин P.B., Ситенко А.Г., Степанов К.Н. (1974) // Электродинамика плазмы / Под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1974.-720 с.

29. Бабенко А.Н., Кругляков Э.П., Куртмуллаев Р.Х., Малиновский В.К., Федоров В.И. (1973) О границе применимости зондовых измерений в нестационарной плазме // Диагностика плазмы. Вып. 3 / Под ред. С.Ю. Лукьянова. - Москва, 1973. С. 509-513.

30. Балихин М.А., Бородкова Н.Л., Вайсберг О.Л., Галеев А.А., Застенкер Г.Н., Климов С.И., Ноздрачев М.Н., Скальский А.А., Смирнов В.Н., Соколов А.Ю. (1988) Нагрев электронов в надкритической ударной волне // Физика плазмы.-Т. 14, вып. 11.-С. 1326-1334.

31. Банджи, Прист (Bungey T.N., Priest E.R.) (1995) Current sheet configurations in potential and force-free fields // Astron. Astrophys. V. 293. - P. 215-224.

32. Баранов В.Б. (1969) К вопросу моделирования обтекания магнитосферы Земли и планет межпланетной плазмой // Космические исследования. Т. 7, вып. 1.-С. 109-116.

33. Барнет, Рэй (Barnet C.F., Ray J.A.) (1972) A calibrated neutral atom spectrometer for measuring plasma ion temperatures in the 0,165 to 10 keV energy region // Nucl. Fusion. V. 12, Nu. 1. - P. 65-72.

34. Батыгин B.B., Топтыгин И.Н. (1970) // Сборник задач по электродинамике. M.: Наука, 1970. 504 с.

35. Баум и др. (Baum P.J., Bratenahl A., White R.S.) (1973) X-ray and electron spectra from the double inverse pinch device // Phys. Fluids. V. 16. - P. 226-230.

36. Баум, Братенал (Baum P.J., Bratenahl A.) (1980) Magnetic reconnection experiments // Adv. in electronics and electron phys. V. 54. - P. 1-67.

37. Беляев B.A., Брежнев Б.Г., Ерастов E.M. (1967) Резонансная перезарядка протонов и дейтонов при низких энергиях // ЖЭТФ. Т. 52, вып. 5. - С. 1170-1177.

38. Бережко Е.Г., Крымский Г.Ф. (1988) Ускорение космических лучей ударными волнами // Усп. Физ. наук. Т. 54, вып. 1. - С. 49-91.

39. Бережко Е.Г., Елшин В.К., Крымский Г.Ф., Петухов С.Н. (1988) // Генерация космических лучей ударными волнами. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1988. 182 с.

40. Бережко Е.Г., Петухов С.И., Танеев С.Н. (2002) Влияние нелинейного взаимодействия альфвеновских волн на регулярное ускорение частиц. Головная околоземная ударная волна // Письма в Астрон. журнал. Т. 28, № 9. - С. 701-710.

41. Бережко Е.Г., Ксенофонтов JI.T. (2005) Ускорение аномальных космических лучей в гелиосферной ударной волне // Письма в Астрон. журнал. Т. 31, № 12.-С. 935-942.

42. Березин Ю.А., Куртмуллаев Р.Х., Нестерихин Ю.Н. (1966а) Цилиндрические волны в разреженной плазме при наличии сильной «бесстокновитель-ной» диссипации // Физика горения и взрыва. Т. 1, вып. 3. - С. 3-11.

43. Березин Ю.А., Куртмуллаев Р.Х., Нестерихин Ю.Н. (19666) Бесстолк-новительные ударные волны в разреженной плазме. Новосибирск, Препринт / ИЯФ СО АН СССР; № 12. 1966. - 53 с.

44. Березинский B.C., Буланов C.B., Гинзбург B.Jl., Догель В.А., Птускин B.C. // Астрофизика космических лучей / Под. ред. В.Л. Гинзбурга. М.: Наука, 1984.-360 с.

45. Березовский М.А., Петров И.В., Конкашбаев И.К., Рубенчик A.M. (1983) О турбулентной релаксации встречных плазменных потоков // Докл. АН СССР. Т. 268, вып. 6. - С. 1369-1371.

46. Бискамп, Велтер (Biskamp D., Welter H.) (1972) Numerical studies of magnetosonic collisionless shock waves // Nuclear Fusion. V. 12, Nu. 4. - P. 663-666.

47. Бискамп (Biskamp D.) (1973) Collisionless shock waves in plasmas // Nucl. Fusion. V. 13, Nu. 5. - P. 719-739.

48. Богданов С.Ю., Марков B.C., Франк А.Г. (1982) Изменение топологии магнитного поля в процессе взрывного разрушения токового слоя // Письма в ЖЭТФ. Т. 35, вып. 6. - С. 232-235.

49. Богданов С.Ю., Бурилина В.Б., Марков B.C., Франк А.Г. (1994) Формирование токовых слоев в трехмерных магнитных полях с нулевой точкой // Письма в ЖЭТФ. Т. 59, вып. 8. - С. 510-514.

50. Богданов С.Ю., Кирий Н.П., Марков B.C., Франк А.Г. (2000) Токовые слои в магнитных конфигурациях с особыми линиями Х-типа // Письма в ЖЭТФ. Т. 71, вып. 2. - С. 78-84.

51. Борзенко В.П., Кошилев H.A., Парфенов О.Г., Строкин H.A. (1978) Многоканальный энергоанализатор нейтральных частиц перезарядки с высоким временным разрешением // ЖТФ. Т. 48, вып. 6. - С. 1174-1177.

52. Борзенко В.П., Кошилев H.A., Строкин H.A. (1980) Многоканальные анализаторы нейтральных частиц перезарядки // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 54 / Под ред. В.Е. Степанова. Москва, 1980. С. 112-118.

53. Борисенко А.Г., Кириченко Г.С., Хмарук В.Г. (1971) Экспериментальное исследование бесстолкновительной релаксации ионных потоков в плазме // 4-я Межд. Конф. по физике плазмы и управляемому ядерному синтезу: Тез. Докл.-Т. 2.-Мэдисон, 1971. С. 141-154.

54. Буланов С.В., Сасоров (1975) Энергетический спектр частиц, ускоряемых в окрестности нулевой линии магнитного поля // Астрономический журнал. Т. 54, вып. 4. - С. 763-771.

55. Буланов С.И., Догель В.А., Франк А.Г. (1984) Солнечные вспышки и лабораторные эксперименты по магнитному пересоединению в токовых слоях // Письма в Астрон. журнал. Т. 10, вып. 2. - С. 149-153.

56. Бэйкер и др. (Baker D.N., Fritz Т.А., McPherron R.L., Fairfield D.N., Kamide Y., Baumjohann W.) (1985) Magnetic energy storage and release during the CDAW 6 substorm analysis intervals // J. Geophys. Res. V. 90, Nu. A2. - P. 1205-1216.

57. Бэйл и др. (Bale S.D., Kellogg P.J., Larson D.E., Goetz K., Lepping R.P.) (1998) Bipolar electrostatic structures in the shock transition region: evidence of electron phase space holes // Geophys. Res. Letters. V. 25, Nu. 15. - P. 29292932.

58. Бэйм и др. (Вате S.J., Asbridge J.T., Gosling J.T., Halbig М., Paschmann G., Sckopke N.S., Rosenbauer H.) (1979) High temporal resolution observation of heating at the bow shock // Space Sci. Rev. V. 23, Nu. 1. - P. 75-92.

59. Вайсберг O.JI., Галеев A.A., Застенкер Г.Н., Климов С.И., Ноздрачев М.Н., Сагдеев Р.З., Соколов А.Ю., Шапиро В.Д. (1983) Ускорение электронов во фронте сильных бесстолкновительных ударных волн // ЖЭТФ. Т. 85, вып. 4.-С. 1232-1243.

60. Ван-Нес и др. (van Nes P., Reinhard R., Sanderson T.R., Wenzel K.-P., Zwickl R.D.) (1984) The energy spectrum of 35- to 1600-keV protons associated with interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 89, Nu. A4. - P. 2122-2132.

61. Веденов А.А., Рютов Д.Д. (1972) Квазилинейные эффекты в потоковых неустойчивостях // Вопросы теории плазмы. Вып. 6 / Под ред. М.А. Леон-товича. - Москва, 1972. - С. 3-69.

62. Векштейн Г.Е., Сагдеев Р.З. (1970) Аномальное сопротивление плазмы при ионно-звуковой турбулентности // Письма в ЖЭТФ. Т. 11, вып. 6. - С. 297-300.

63. Векштейн, Браунинг (Vekstein G.E., Browning Р.К.) (1997) Electric-drift generated trajectories and particle acceleration in collisionless magnetic reconnection // Phys. Plasmas. V. 4, Nu. 6. - P. 2261-2268.

64. Винске и др. (Winske D., Gosling J.T., Thomsen M.F.) (1986) Comment on «Increase of ion temperature across a collisionless shock: 1. A new concept by

65. C. Lee et al.» and «Ion acceleration on quasiperpendicular magnetosonic shock waves with subcritical Mach number by Ohsawa and Sakai» // Geophys. Res. Letters. V. 13, Nu. 6. - P. 561-562.

66. Вршнак (Vrsnak B.) (2001) Solar flares and coronal shock waves // J. Geophys. Res. -V. 106, No. All. P. 25291-25300.

67. Галанти, Готт, Рейс (1971) Усилитель изображения с высоким разрешением и чувствительностью на базе микроканальной пластины для использования в спектрографах частиц // Приборы для научных исследований. № 12.-С. 67-71.

68. Галеев А.А., Сагдеев Р.З. (1973) Нелинейная теория плазмы // Вопросы теории плазмы. Вып. 7 / Под ред. М.А. Леонтовича. - Москва, 1973. С. 3145.

69. Галеев А.А., Климов С.И., Ноздрачев М.Н., Сагдеев Р.З., Соколов А.Ю. (1986) Динамика спектра магнитозвуковых колебаний во фронте околоземной ударной волны и механизм их возбуждения // ЖЭТФ. Т. 90, вып. 5. - С. 1690-1700.

70. Галеев (Galeev А.А.) (1986) Electron and ion heating at supercritical shocks // Adv. Space Res. V. 6, Nu. 1. - P. 17-24.

71. Галеев A.A., Красносельских B.B., Лобзин B.B. (1988) О тонкой структуре фронта квазиперпендикулярной сверхкритической ударной волны // Физика плазмы. Т. 14, вып. 10. - С. 1192-1200.

72. Галеев А.А., Гальперин Ю.И., Зеленый Л.М. (1996) Проект «ИНТЕР-БОЛ» по исследованиям в области солнечно-земной физики // Космические исследования. Т. 34, вып. 4. - С. 339-362.

73. Гедалин (Gedalin М.) (2001) Influence of the rippling on the collisionless ion and electron motion in the shock front: a model study // J. Geophys. Res. V. 106, Nu. A10. - P. 21645-21655.

74. Гекельман, Стензел (Gekelman W., Stenzel R.L.) (1981) Magnetic field line reconnections experiments. 2. Plasma parameters // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A2.-P. 659-666.

75. Гозлинг и др. (Gosling J.T., Asbridge J.R., Bame S.J., Feldman W.C., Zwickl R.D., Paschmann G., Scopke N., Russell C.T.) (1982) A sub-AlfVenic solar wind: interplanetary and magnetosheath observations // J. Geophys. Res. V. 87, Nu. Al.-P. 239-245.

76. Гозлинг и др. (Gosling J.T., Bame S.J., Feldman W.C., Paschmann G., Scopke N., Russell C.T.) (1984) Suprathermal ions upstream from interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 89, Nu. A7. - P. 5409-5418.

77. Голд, ДеСилва (Gold S.H., DeSilva A.W.) (1979) Observation of ion-beam driven instability in a magnetized plasma // Phys. Rev. Letters. V. 42, Nu. 26. -P. 1750-1753.

78. Гринстадт и др. (Greenstadt E.W., Russell С.Т., Scarf F.L., Formisano V., Neugebauer M.) (1975) Structure of the quasi-perpendicular laminar bow shock // J. Geophys. Res. V. 80, Nu. A4. - P. 502-514.

79. Гринстадт, Меллот (Greenstadt E.W., Mellot M.M.) (1987) Plasma wave evidence for reflected ions in front of subcritical shocks: ISEE 1 and 2 observations // J. Geophys. Res. V. 92, Nu. A5. - P. 4730-4734.

80. Губченко, Зайцев (Gubchenko V.M., Zaitsev V.Y.) (1979) On proton and electron acceleration by shock waves during large solar flares // Solar phys. V. 63,Nu. 2.-P. 337-352.

81. Гургиоло и др. (Gurgiolo С., Parks G.K., Mauk B.H., Lin C.S., Anderson K.A., Lin R.P., Reme H.) (1981) Non-ExB ordered ion beams upstream of the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A6. - P. 4415-4424.

82. Гуревич A.B., Питаевский JI.П. (1980) Нелинейная динамика разреженной плазмы и ионосферная аэродинамика // Вопросы теории плазмы. Вып. 10 / Под ред. М.А. Леонтовича. - Москва, 1980. - С. 3-87.

83. Деккер (Deccer R.B.) (1992) Shock drift acceleration. Laurel, Maryland, Preprint / The Johns Hopkins University; № 92-01. 1992. - 6 p.

84. ДеСилва и др. (DeSilva A.W., Dove W.F., Spalding I.J., Goldenbaum G.C.) (1971) Experimental study of the magnetic piston-shock wave problem in a colli-sionless plasma // Phys. Fluids. V. 14, Nu. 1. - P. 42-51.

85. Доув (Dove V.E.) (1971) Ion dynamics in a high-voltage 9-pinch // Phys. Fluids.-V. 14, Nu. 11.-P. 2359-2367.

86. Доусон, Катсоулиз (Dawson J.M., Katsouleas T.) (1983) Unlimited electron acceleration in a laser-driven plasma waves // Phys. Rev. Letters. V. 51. -P. 392-395.

87. Ерохин H.C., Моисеев C.C., Сагдеев Р.З. (1989) Релятивистский серфинг в неоднородной плазме и генерация космических лучей / Письма в Астроном. журнал. Т. 15, № 1. - С. 3-7.

88. Еселевич В.Г., Еськов А.Г., Куртмуллаев Р.Х., Малютин А.И. (1971)

89. Изомагнитный скачок в ударной волне в плазме // Письма в ЖЭТФ. Т. 13.1. С. 73-76.

90. Еселевич В.Г., Еськов А.Г., Куртмуллаев Р.Х., Малютин А.И. (1971) Изомагнитный скачок в ударной волне // ЖЭТФ. Т. 60, вып. 6. - С. 20792091.

91. Еселевич В.Г., Коротеев В.И., Файнштейн В.Г. (1977) О природе изо-магнитного скачка в бесстолкновительной ударной волне. Иркутск, Препринт / СибИЗМИР СО АН СССР; № 14. 1977. - 7 с.

92. Еселевич (Eselevich V.G.) (1982) Shock-wave structure in collisionless plasmas from results of laboratory experiments // Space Sci. Rev. V. 32, Nu. 1/2. -P. 65-81.

93. Еселевич В.Г., Файнштейн В.Г. (1984) Турбулентная электростатическая ударная волна при взаимодействии встречных потоков разреженной плазмы // Физика плазмы. Т. 10, вып. 3. - С. 538-547.

94. Еськов А.Г., Куртмуллаев Р.Х., Малютин А.И., Пильский В.И., Семенов В.Н. (1969) Исследование характера турбулентных процессов во фронте ударной волны в плазме // ЖТФ. Т. 56, вып. 5. - С. 1480-1491.

95. Еськов А.Г., Куртмуллаев Р.Х. (1973) Метод локальных диамагнитных зондов для определения детального распределения по фронту параметров ударного нагрева // Диагностика плазмы. Вып. 3 / Под ред. С.Ю. Лукьянова. -Москва, 1973. С. 504-506.

96. Зандберг Э.Л., Ионов Н.И. (1959) Поверхностная ионизация // Усп. физ. наук. Т. 67, вып. 4. - С. 581-625.

97. Занк и др. (Zank G.P., Rice W.K.M., Wu С.С.) (2000) Particle acceleration and coronal mass ejection driven shocks: a theoretical model // J. Geophys. Res. -V. 105,Nu. All.-P. 25079-25095.

98. Застенкер Г.Н., Скальский A.A. (1986) Определение скачка электростатического потенциала на фронте околоземной ударной волны по селективным измерениям ионных компонентов солнечного ветра // Космические исследования. Т. 24, вып. 1. - С. 69-78.

99. Зеленый и др. (Zeleny L.M., Lipatov A.S., Lominadze D.G., Taktakishvili A.L.) (1984) Energetic proton bursts during magnetic islands formation in the Earth's magnetotail // Planet. Space Sci. V. 32, Nu. 3. - P 313-324.

100. Зеленый JI.M. (1986) Динамика плазмы и магнитных полей в хвосте магнитосферы Земли // Итоги науки и техники. Исследование космического пространства. Т. 24 / ВИНИТИ. - Москва, 1986. С. 58-186.

101. Зеленый Л.М., Бюхнер Й. (1988) Волновые процессы в хвосте магнитосферы // Итоги науки и техники. Исследование космического пространства. -Т. 28 / ВИНИТИ. Москва, 1988. С. 3-128.

102. Зеленый и др. (Zeleny L.M., Delcourt D.C., Malova H.V., Sharma A.S.) (2002) «Aging» of the magnetotail thin current sheets // Geophys. Res. Letters. -V. 29, Nu. 12.-P. 49-1-49-4.

103. Золотовский O.A., Коротеев В.И., Куртмуллаев P.X. (1970) // ДАН СССР.-Т. 197, № .-С. 564.

104. Иванов А.А., Крашенинников С.И., Соболева Т.К., Юшманов П.Н. (1975) Взаимодействие ионных пучков с плазмой // Физика плазмы. Т. 1, вып. 5.-С. 753-764.

105. Индюков А.Е., Кичигин Г.Н., Строкин Н.А. (1996а) Закономерности отражения ионов ударной волной // Физика плазмы. Т. 22, вып. 8. - С. 694700.

106. Индюков и др. (Indykov А.Е., Kichigin G.N., Strokin N.A.) (19966) Electron acceleration in ion-ion interaction region ahead of a shock front // Phys. Letters A. V. 211, Nu.2. - P. 228-230.

107. Ипавич, Шолер (Ipavich F.M., Scholer M.) (1983) Thermal and suprather-mal protons and alpha particles in the Earth's plasma sheet // J. Geophys. Res. V. 88, Nu. Al. - P. 150-160.

108. Исиченко М.Б., Яньков B.B. (1986) Эволюция ленгмюровских волн в холодной плазме // Физика плазмы. Т. 12, вып. 2. - С. 169-177.

109. Истман и др. (Eastman Т.Е., Frank L.A., Peterson К., Lennartson W.) (1984) The plasma sheet boundary layer // J. Geophys. Res. V. 89, Nu. A3. - P. 1553-1572.

110. Кадомцев Б.Б. (1987) Перезамыкание магнитных силовых линий // Успехи физ. наук. Т. 151, вып. 1. - С. 3-29.

111. Каленроуд (Kallenrode М.-В.) (2005) The temporal and spatial development of MeV proton acceleration in interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 102, Nu. A10. - P. 22347-22363.

112. Каратаев В.И., Мамырин Б.А., Шмикк Д.В. (1971) Новый принцип фокусировки ионных пакетов во время-пролетных масс-спектрометрах // ЖТФ. -Т. 41, вып. 7.-С. 1498-1501.

113. Карпман В.И. // Нелинейные волны в диспергирующих средах. М.: Наука, 1973.- 176 с.

114. Каттел и др. (Cattell С.А., Kim М., Lin R.P., Mozer F.S.) (1982) Observation of large electric fields near the plasma sheet boundary by ISEE 1 // Geophys. Res. Letters. V. 9, Nu. 5. - P. 539-542.

115. Квест (Quest K.B.) (1985) Simulations of high-Mach-number perpendicular shocks in astrophysical plasmas // Phys. Rev. Letters. V. 54, Nu. 16. - P. 18721874.

116. Кельхакер, Стоуэр (Keilhacker M., Steuer K.-H.) (1971) Time-resolved light-scattering measurements of the spectrum of turbulence within a high-p colli-sionless shock wave // Phys. Rev. Letters. V. - 26, Nu. 12. - P. 694-697.

117. Кеннел и др. (Kennel C.F., Edmiston J.P., Hada Т.) (1984) A quarter century of collisionless shock research. Los-Angeles, Preprint / University of California; № PPG-882. 1984. - 92 h.

118. Кирий Н.П., Марков B.C., Сыроватский С.И., Франк А.Г., Ходжаев А.З. (1979) Лабораторное исследование структуры и динамики пинчевого токового слоя // Труды ФИ АН СССР им. П.Н. Лебедева. Т. 110. - С. 121-161. -М.: Наука, 1979.- 164 с.

119. Кирий Н.П., Марков B.C., Савченко М.М., Франк А.Г. (1983) Спектроскопические исследования двумерных течений плазмы в токовом слое // 6-я Всес. Конф. по физике низкотемпературной плазмы: Тез. докл. Т.1. - Ленинград, 1983. С. 332-334.

120. Кирий Н.П., Марков B.C., Савченко М.М., Франк А.Г. (1983) Двумерные течения плазмы в токовом слое по результатам спектральных измерений. Москва, Препринт / ИОФ АН СССР; № 193. 1983. - 71 с.

121. Кирий Н.П., Марков B.C., Франк А.Г. (1988) Вспышка излучения многозарядных ионов в токовом слое // Письма в ЖЭТФ. Т. 48, вып. 8. - С. 419421.

122. Кирий Н.П., Марков B.C., Франк А.Г. (1992) Локальный импульсный нагрев плазмы и разрушение токового слоя // Письма в ЖЭТФ. Т. 56, вып. 2.-С. 82-86.

123. Кириченко Г.С., Хмарук В.Г. (1970) Экспериментальное исследование рассеяния ионного пучка в плазме с горячими электронами // Атомная энергия. Т. 29, вып. 2. - С. 136-138.

124. Кирш и др. (Kirch Е., Pavlos J.P., Sarris Е.Т.) (1984) Evidence for particle acceleration processes in the magnetotail // J. Geophys. Res. V. 89, Nu. A2. - P. 1003-1007.

125. Кичигин Г.Н. (1992) Исследование процесса ускорения захваченных ионов во фронте магнитозвуковой ударной волны с изомагнитным скачком // ЖЭТФ. Т. 101, вып. 5. - С. 1487-1509.

126. Кичигин Г.Н. (1993) Ускорение до релятивистских энергий ионов, захваченных в изомагнитном скачке магнитозвуковой ударной волны // Письма в Астроном, журнал. Т. 19, № 6. - С. 547-556.

127. Кичигин Г.Н. (2003) Теория продольных плазменных волн с учетом движения ионов // Физика плазмы. Т. 29, № 2. - С. 172-183.

128. Кичигин Г.Н., Строкин H.A. (2007а) Процессы энерговыделения в космической плазме. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 396 с.

129. Кичигин Г.Н., Строкин H.A. (20076) Серфотронное ускорение частиц при произвольной ориентации магнитного поля и скорости // Геомагнетизм и аэрономия. в печати.

130. Кичигин, Строкин (Kichigin G.N., Strokin N.A.) (2007в) Magnetosonic shock waves and surfatron acceleration of particles // Planet. Space Sei. в печати.

131. Козлов O.B. (1969) Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969.-291 с.

132. Койдан B.C. (1971) Многоканальный анализ по энергиям ионов и быстрых частиц атомов перезарядки при исследовании высокотемпературной плазмы // ПТЭ. Вып. 3. - С. 63-66.

133. Коротеев В.И., Кошилев H.A., Строкин H.A. (1978) Регистратор корпускулярного потока: A.c. СССР № 641544, МПК H01J 39/34. 2 е.: ил.

134. Кошилев H.A., Строкин H.A. (1977) Метод получения немоноэнегетич-ных пучков нейтральных частиц с контролируемым спектром // ЖТФ. Т. 47, вып. 11.-С. 2361-2363.

135. Кошилев H.A., Масалов B.JL, Строкин H.A., Шишко A.A. (1977) Измерение энергетического спектра ионов в бесстолкновительном нейтральном токовом слое // ЖЭТФ. Т. 72, вып. 6. - С. 2110-2119.

136. Кошилев H.A., Строкин H.A., Шишко A.A. (1978) Плазменная ловушка магнитного потока // Письма в ЖТФ. Т. 4, вып. 4. - С. 223-225.

137. Кошилев H.A., Масалов B.JL, Строкин H.A., Шишко A.A. (1980) Исследование спектра ионов в нейтральном токовом слое // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Вып. 54 / Под ред. В.Е. Степанова. -Москва, 1980. С. 20-29.

138. Кошилев H.A. (1981) Экспериментальное исследование токовых слоев в плазме 9-пинча: Автореф. дисс.канд. физ.-мат. наук.- Новосибирск, 1981. 20 с.

139. Кошилев H.A., Михалев A.B., Строкин H.A., Шишко A.A. (1983) Устройство для получения плазмы в системе 0-пинч: A.c. СССР № 1025318, МКИ H05I /00. 5 е.: ил.

140. Кошилев H.A., Строкин H.A., Шишко A.A. (1984) Динамика магнитных возмущений и радиальное ускорение ионов в тета-пинче с параллельной ориентацией магнитных полей. Иркутск, Препринт / СибИЗМИР СО АН СССР; №21. 1984.- 12 с.

141. Красносельских В.В. (1985) О нелинейных движениях плазмы поперек магнитного поля // ЖЭТФ. Т. 89, вып. 2. - С. 498-510.

142. Купман (Koopman D.W.) (1967) Measurements of charge-exchange cross section for H1", H2+, and He+ ions // Phys. Rev. V. 154, Nu. 1. - P. 79-85.

143. Куртмуллаев P.X., Малиновский B.K., Нестерихин Ю.И., Пономаренко А.Г. (1965) Возбуждение сильных бесстолкновительных ударных волн в плазме // Прикладная механика и техническая физика. № 2. - С. 79-83.

144. Куртмуллаев Р.Х., Масалов B.JL, Меклер К.И., Семенов В.Н. Ударные волны, распространяющиеся вдоль магнитного поля в разреженной плазме. -Новосибирск, Препринт / ИЯФ СО АН СССР; № 27-70. 1970. 18 с.

145. Куртмуллаев Р.Х., Пильский В.И., Семенов В.Н. (1970) Исследование электронного нагрева за фронтом ударной волны в плазме зондовым методом // ЖТФ. Т. 40, вып. 5.-С. 1044-1047.

146. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. (1986) Гидродинамика. М.: Наука, 1986.733 с.

147. Лембидж и др. (Lembege В., Giacalone J., Scholer M., Hada T., Hoshino M., Krasnoselskikh V., Kucharek H., Savoini P., Terasawa T.) (2004) Selected problems in collisionless shock physics // Space Sci. Rev. V. 110, Nu. 3-4. - P. 161-226.

148. Ли (Lee M.A.) (1982) Coupled hydromagnetic wave excitation and ion acceleration upstream of the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 87, Nu. A7. -P. 5063-5080.

149. Ли, Скадрон (Lee M.A., Scadron G.) (1985) A simple model for the formation of "Reflected", "Intermediate", and "Diffuse" ion distributions upstream of Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 90, Nu. A1. - P. 39-45.

150. Ли и др. (Lee M.A., Shapiro V.D., Sagdeev R.Z.) (1996) Pickup ion energization by shock surfing // J. Geophys. Res. V. 101, Nu. A3. - P. 4777-4789.

151. Ливер (Liewer P.C.) (1976) Numerical studies of ion reflection in collisionless theta-pinch implosions using a hybrid Vlasov-fluid model // Nucl. Fusion. -V. 16, Nu. 5. P.817-827.

152. ЛовбергР. (1967) Магнитные зонды //Диагностика плазмы / Под ред. П. Хаддлстоуна и С. Леонарда. Москва, 1967. С. 60-93.

153. Луи и др. (Lui A.T.Y., Krimigis S.M., Armstrong Т.Р.) (1982) Association between magnetic field fluctuations and energetic particles bursts in the Earth's magnetotail // J. Geophys. Res. -V. 87, Nu. A10. P. 8315-8320.

154. Лукьянов С.Ю. (1975) Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. -М.: Наука, 1975.-408 с.

155. Манагадзе Г.Г., Подгорный И.М. (1968) Моделирование магнитного поля Земли // Докл. АН СССР. Т. 180, вып. 6. - С. 1333-1337.

156. Манхеймер, Спайсер (Manheimer W.M., Spicer D.S.) (1984) Longitudinal friction and intermediate Mach number collisionless transverse magnetosonic shocks // Phys. Fluids. 28, Nu.4 . - P. 652-659.

157. Маркин А.И., Сосунов Ю.Б. (1984) Исследование динамики нагрева ионов в плотной плазме компактного тора атомным анализатором. Москва, Препринт / ИАЭ; № 3939/7. 1984. - 16 с.

158. Махалик, Нильсен (Machalek M.D., Nielsen P.) (1973) Light-scattering measurements of turbulence in a normal shock // Phys. Rev. Letters. V. - 31, Nu. 7. - P. 439-442.

159. Меллот (Mellot M.M.) (1986) Plasma wave signatures of collisionless shocks and the role of plasma wave turbulence in shock formation // Adv. Space Res. V. 6, Nu. l.-P. 25-32.

160. Михайловский А.Б. (1975) Теория плазменных неустойчивостей. Том 1. Неустойчивости однородной плазмы. М.: Атомиздат, 1975. - 272 с.

161. Мобиус и др. (Mobius E., Scholer M., Hevestadt D., Pashmann G., Glo-eckler G.) (1983) Energetic particles in the vicinity of a possible neutral line in the plasma sheet // J. Geophys. Res. V. 88, Nu. A10. - P. 7742-7752.

162. Монтгомери и др. (Montgomery M.D., Asbridge J.R., Вате S.J.) (1970) Vela-4 plasma observations near the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 75,Nu. A7.-P. 1217-1231.

163. Морзе (Morse D.L.) (1973) Electrostatic potential rise across perpendicular shocks // Plasma Physics. V. 15, Nu. 6. - P. 1262-1264.

164. Морзе, Гринстадт (Morse D.L., Greenstadt E.W. (1976) Thickness of magnetic structures associated with the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 81, Nu. A10.-P. 1791-1793.

165. Нишида и др. (Nishida A., Tulunay Y.K., Mozer F.S., Cattell C.A., Hones E.W.Jr., Birn J.) (1983) Electric field evidence for tailward flow at substorm onset // J. Geophys. Res. V. 88, Nu. A11. - P. 9109-9113.

166. Нишида, Сато (Nishida Y., Sato N.) (1987) Observation of Vp x В acceleration with oblique propagating electrostatic waves // XYIII Int. conf. on phenomena in ionized gases: Proc. Swansea, 1987. - P. 216-217.

167. Ньюбари, Рассел (Newbury J.A., Russell C.T.) (1996) Observations of a very thin collisionless shock // Geophys. Res. Letters. V. 23, Nu. 7. - P. 781-784.

168. Ньюбари, Рассел, Гедалин (Newbury J.A., Russell C.T. Gedalin M.A.) (1998) The rump widths of high-Mach-number, quasi-perpendicular collisionless shocks // J. Geophys. Res. V. 103, Nu. A12. - P. 29581-29593.

169. Нюгенбауэр, Гайкалоне (Neugenbauer M., Giacalone J.) (2005) Mul-tispacecraft observations of interplanetary shocks: nonplanarity and energetic particles // J. Geophys. Res. V. 110, Nu. A12106.

170. Оджилвай и др. (Ogilvie K.W., Coplan M.A., Zwickl R.D.) (1982) Helium, hydrogen, and oxygen velocities observed on ISEE 3 // J. Geophys. Res. V. 87, Nu. A9.-P. 7363-7369.

171. Ока и др. (Oka M., Terasawa Т., Saito Y., Mukai T.) (2005) Field-aligned beam observations at the quasi-perpendicular bow shock: generation and shock angle dependence//J. Geophys. Res. V. 110,Nu. A05101.-P. 1-15.

172. Оно и др. (Ono Y. Morita, Katsurai M., Yamada M.) (1993) Experimental investigation of three-dimensional magnetic reconnection by use of two collidingspheromaks // Phys. Fluids. V. 5, Nu. 10.- P. 3691-3701.

173. Оно и др. (Ono Y. Morita, Yamada M., Акао Т., Tajima Т., Matsumoto R.) (1996) Ion acceleration and direct ion heating in three-component magnetic recon-nection//Phys. Rev. Letters. -V. 76, Nu. 18. P. 3328-3331.

174. Осава (Ohsawa Y.) (1985) Strong ion acceleration by a collisionless magnetosonic shock wave propagating perpendicularly to a magnetic field // Phys. Fluids. V. 28, Nu. 7. - P. 2130-2136.

175. Осава, Сакаи (Ohsawa Y., Sakai J) (1985) Ion acceleration in quasi-perpendicular collisionless magnetosonic shock waves with subcritical Mach number // Geophys. Res. Letters. V. 12, Nu. 9. - P. 617-619.

176. Оябу и др. (Ohyabu N., Okamura S., Kawashima N.) (1974) Strong ion heating in a magnetic neutral point discharge // Phys. Fluids. V. 17, Nu. 11. - P. 2009-2013.

177. Пападопоулос и др. (Papadopoulos К., Davidson R.S., Dawson J.M., Haber I., Hammer D.A., Krall N.A., Shanny R.) (1971) Heating of counterstream-ing ion beams in a external magnetic field // Phys. Fluids. V. 14, Nu. 4. - P. 849857.

178. Пападопоулос (Papadopoulos K.) (1987) On the physics of collisionless high Mach number shocks // Proc. Int. Conf. on Collisionless Shocks, Balaton-ftired, 17 June, 1987.-Budapest, 1987.-P. 123-158.

179. Пашман и др. (Paschmann G., Sckopke S., Papamastorakis I., Asbridge J.R., Bame S.J., Gosling J.T.) (1981) Characteristics of reflected and diffuse ions upstream from the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A6. - P. 4355-4364.

180. Пашман и др. (Paschmann G., Sckopke S., Hones E.W.Jr.) (1985) Magne-totail plasma observations during the 1054 UT substorm on marsh 22, 1979 (CDAW 6) // J. Geophys. Res. V. 90, Nu. A2. - P. 1217-1229.

181. Перумайн, Зеленый (Peroomian V., Zelenyi L) (2001) Large-scale kinetic modeling of magnetotail dynamics // Space Sci. Rev. V. 95, Nu. 1/2. - P. 257271.

182. Петухов И.С., Петухов С.И., Стародубцев С.А., Тимофеев В.Е. (2003) Диффузионное распространение быстрых частиц в присутствии движущейся ударной волны // Письма в Астроном, журнал. Т. 29, № 10. - С. 742-751.

183. Подгорный А.И., Подгорный И.М. (2006) Модель солнечной вспышки: сопоставление с наблюдениями высокоэнергичных процессов // Астроном, журнал. Т. 83, № ю. - С. 940-949.

184. Подгорный И.М., Сагдеев Р.З. (1969) Физика межпланетной плазмы илабораторные эксперименты // Усп. физ. наук. Т. 98, вып. 3. - С. 409-440.

185. Пол и др. (Paul J.W.M., Danghney С.С., Holmes L.S.) (1969) Measurements of light scattering from density fluctuations within a collisionless shock // Nature. V. 223. -Nu. 5208. - P. 822-824.

186. Прист Э, Форбс Т. (2005) Магнитное пересоединение: магнитогидро-динамическая теория и приложения / Пер. с англ. Под ред. В.Д. Кузнецова, А.Г. Франк. М.: Физматлит, 2005. - 592 с.

187. Рассел, Гринстадт (Russell С.Т., Greenstadt E.W.) (1979) Initial ISEE magnetometer results: shock observation // Space Sci. Rev. V. 23, Nu. 1. - P. 337.

188. Рассел и др. (Russell C.T., Hoppe M.M., Livesey W.A.) (1982a) ISEE 1 and ISEE 2 observations of laminar bow shocks: velocity and thickness // Geo-phys. Res. Letters. V. 9, Nu. 10. - P. 1171 -1174.

189. Рассел и др. (Russell C.T., Hoppe M.M., Livesey W.A.) (19826) Overshoots in planetary bow shocks // Nature. V. 296, Nu. 3. - P. 45-48.

190. Рассел (Russell C.T.) (1988) Multipoint measurements of upstream waves // Adv. Space Res. -V. 8, Nu. 9-10. P. 147-156.

191. Римз (Reames D.V.) (1999) Particle acceleration at the Sun and in the helio-sphere // Space Sci. Rev. V. 90, Nu. 3-4. - P. 413-491.

192. Ричардсон, Коули (Richardson I.G., Cowley S.W.H.) (1985) Plasmoid-as-sociated energetic ion bursts in the deep geomagnetic tail: properties of the boundary layer//J. Geophys. Res. V. 90, Nu.A12.-P. 12133-12158.

193. Ростокер (Rostoker G.) (1983) Triggering of expansive phase intensifications of magnetospheric substorms by northward turnings of the interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 88, Nu. A9. - P. 6981-6993.

194. Сагдеев P.3. (1961) О тонкой структуре фронта ударной волны, распространяющейся поперек магнитного поля в разреженной плазме // ЖТФ. Т. 31, вып. 10.-С. 1185-1191.

195. Сагдеев Р.З. (1964) Нелинейные явления и ударные волны в разреженной плазме // Вопросы теории плазмы. Вып. 4 / Под ред. М.А. Леонтовича. -Москва, 1964.-С. 20-80.

196. Сагдеев Р.З., Шапиро В.Д. (1973) Влияние поперечного магнитного поля на затухание Ландау // Письма в ЖЭТФ. Т. 17, вып. 7. - С. 389-394.

197. Сакаи, Осава (Sakai J, Ohsawa Y.) (1987) Particle acceleration by magnetic reconnection and shocks during current loop coalescence in solar flares // Space Sci. Rev. V. 46, Nu. 1-2.-P. 113-198.

198. Самнел (Samnel K.A.) (1958) Experimental results on charge-changing collisions of hydrogen and helium atoms and ions at kinetic energies above 0,2 keV // Rev. Modern. Phys. V. - 30, Nu. 4. - P. 1137-1168.

199. Сандерсон, Уриг (Sanderson J.J., Uhrig R.A., JR) (1978) Extended Rankine-Hugoniot relations for collisionless shocks // J. Geophys. Res. V. 83, Nu. A4.-P. 1395-1400.

200. Саррис и др. (Sarris E.T., Anagnostopoulos G.C., Krimigis S.M.) (1992) Absence of upstream energetic ions under turbulent radial interplanetary magnetic field // J. Geophys. Res. V. 97, Nu. A6. - P. 8231-8237.

201. Сегре, Мортон (Segre S.E., Martone M.) (1971) Measurements of the heating in collisionless low-(3 transverse shock waves near the critical Alfven-Mach number // Plasma Phys. V. 13, Nu. 2. - P. 113-118.

202. Седов Л.И. (1987) Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1987.-430 с.

203. Смирнов, Вайсберг (Smirnov V.N., Vaisberg O.L.) (1988) Evidence of nonlinear structure at the bow shock front. Moscow, Preprint / SRI AN USSR; № 1301. 1988. - 19 p.

204. Спрайтер и др. (Spreiter J.R., Summers A.L., Alksne A.G.) (1968) On the comparison of temperature jumps across the Earth's shock: Vela 3 satellites and gas dynamic theory // J. Geophys. Res. V. 73, Nu. A5. - P. 1851-1852.

205. Стензел, Гекельман (Stenzel R.L., Gekelman W.) (1981) Magnetic field line reconnection experiments. 1. Field topologies. 2. Plasma parameters // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A2. - P. 649-666.

206. Стензел, Гекельман (Stenzel R.L., Gekelman W.) (1984) Particle acceleration during reconnection in laboratory plasmas // Adv. Space Res. V. 4, Nu. 2-3. - P. 459-470.

207. Стензел и др. (Stenzel R.L., Gekelman W., Urrutia J.M.) (1986) Lessons from laboratory experiments on reconnection // Adv. Space Res. V. 6, Nu. 1. - P. 135-147.

208. Строкин H.A., Кошилев H.A. (1977) Способ измерения энергетического спектра нейтральных частиц и устройство для осуществления этого способа: А.с. СССР № 573086, МПК H01J 39/00. 7 е.: ил.

209. Строкин Н.А. (1985) О механизме нагрева ионов и перераспределения энергии в бесстолкновительной ударной волне // ЖЭТФ. Т. 88, вып. 6. - С. 2005-2014.

210. Строкин Н.А. (1989) Энергоанализатор атомных частиц: А.с. СССР № 1552254, МКИ H01J 39/34. 2 е.: ил.

211. Строкин и др. (Strokin N.A., Indyukov А.Е., Kichigin G.N.) (1998) Relaxation of the shock wave-reflected ion beam, and generation of hot electrons // J. Geophys. Res. -V. 103, Nu. A9. P. 20541-20551.

212. Супруненко и др. (Suprunenko V.A., Sukhomlin E.A., Tolok V.T.) (1973) Collective interaction and electrical conductivity of plasma in strong electric fields // Plasma Phys. V. 15, Nu. 5. - P. 353-367.

213. Сыроватский С.И. (1966) Динамическая диссипация магнитного поля и ускорение частиц // Астроном, журнал. Т. 43, вып. 2. - С. 340-355.

214. Сыроватский С.И. (1971) О возникновении токовых слоев в плазме с вмороженным сильным магнитным полем // ЖЭТФ. Т. 60, вып. 5. - С. 17271741.

215. Тактакишвили А.Л., Зеленый Л.М., Луценко В.Н., Кудела К. (1998) О спектрах энергичных частиц в хвосте магнитосферы Земли // Космические исследования. Т. 36, вып. 3. - С. 282-291.

216. Терасава (Terasawa Т.) (1981) Energy spectrum of ions accelerated through Fermi process at the terrestrial bow shock // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A9. - P. 7595-7606.

217. Токар и др. (Tokar R.L., Aldrich C.H., Forslund D.W., Quest K.B. (1986) Nonadiabatic electron heating at high-Mach-number perpendicular shocks // Phys. Rev. Letters. V. 56, Nu. 10. - P. 1059-1062.

218. Томсен и др. (Thomsen M.F., Gosling J.T., Bame S.J., Mellott M.M.) (1985) Ion and electron heating at collisionless shock near critical Mach number // J. Geophys. Res. -V. 90, Nu. Al. P. 137-148.

219. Томсен и др. (Thomsen M.F., Mellott M.M., Stansberry J.A., Bame S.J., Gosling J.T., Russell C.T.) (1987) Strong electron heating at the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 92, Nu. A9. - P. 10119-10124.

220. Топтыгин И.Н. (1983) Космические лучи в межпланетных магнитных полях. М.: Наука, 1983. 302 с.

221. Уильяме (Williams D.J.) (1981) Energetic ion beam at the edge of the plasma sheet: ISEE 1 observations plus a simple explanatory model // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A7.-P. 5507-5518.

222. Уильяме и др. (Williams J.D., Chen L.-J., Kurth W.S., Gurnett D.A., Dougherty M.K.) (2006) Electrostatic solitary structures observed at Saturn // Geophys. Res. Letters. V. 33, Nu. L06103.

223. Уинтерхалтер и др. (Winterhalter D., Kivelson M.G., Walker R.J., Russell C.T.) (1984) The MGD Rankine-Hugoniot jump conditions and the terrestrial bow shock: a statistical comparision // Adv. Space Res. V. 4, Nu.2-3. - P. 287-292.

224. Файт и др. (Fite W.L., Brackman R.T., Snow W.R.) (1558) Chargeexchange proton-hydrogen atom collision // Phys. Rev. V. 112, Nu. 4. - P. 11611165.

225. Федоренко H.B. (1970) Потеря и захват электронов атомами, протонами и отрицательными ионами водорода при столкновениях с атомами и молекулами. Экспериментальные данные о сечениях // ЖТФ. Т. 40, вып. 12. С. 2481-2497.

226. Фелдман и др. (Feldman W.C., Anderson R.C., Вате S.J., Gosling J.T., Zwickl R.D., Smith E.J.) (1983) // Electron velocity distributions near interplanetary shocks // J. Geophys. Res. V. 88, Nu. A12. - P. 9949-9958.

227. Фельтхаммар (Falthammar C.-G.) (1974) Laboratory experiments of mag-netospheric interest // Space Sci. Rev. V. 15, Nu. 6. - P. 801-825.

228. Филипс, Робсон (Phillips P.E., Robson A.E.) (1972) Influence of reflected ions on the magnetic structure of a collisionless shock front // Phys. Rev. Letters. -V. 29, Nu. 3.-P. 154-157.

229. Фишкова Т.Я. (1983) Электростатические энергоанализаторы заряженных частиц типа «двугранный угол» // ЖТФ. Т. 53, вып. 10. - С. 2071-2076.

230. Фишкова Т.Я. (1988) Энергоанализатор заряженных частиц типа двугранный угол с плоским приемным электродом // ЖТФ. Т. 58, вып. 5. - С. 925-929.

231. Формизано (Formisano V.) (1979) Orientation and shape of the Earth's bow shock in three dimensions // Planet. Space Sci. V. 27, Nu. 9. - P. 1151-1161.

232. Формизано (Formisano V.) (1982) Measurements of the potential drop across the Earth's collisionless bow shock // Geophys. Res. Letters. V. 9, Nu. 9. -P. 1033-1036.

233. Формизано, Торберт (Formisano V., Torbert R.) (1982) Ion acoustic wave forms generated by ion-ion streams at the Earth's bow shock // Geophys. Res. Letters. V. 9, Nu. 3. - P. 207-210.

234. Формизано, Хеджкок (Formisano V., Hedgecock P.C.) (1973) On the structure of the turbulent bow shock // J. Geophys. Res. V. 78, Nu. 28, pt. 1. - P. 6522-6534.

235. Франк А.Г. (1974) Экспериментальное исследование условий возникновения и некоторых характеристик нейтрального токового слоя // Труды ин-та/ФИАНСССР. 1974. Т. 74.-С. 107-160.

236. Хада и др. (Hada Т., Oonishi M., Lembege В., Savoini P.) (2003) Shock front nonstationarity of supercritical perpendicular shocks // J. Geophys. Res. V. 108, Nu. A6, 1233-SSH. - P. 3-1-3-12.

237. Хал, Скадер (Hall A.J., Scudder J.D.) (2000) Model for the partition of temperature between electrons and ions across collisionless, fast mode shocks // J. Geophys. Res. V. 105, Nu. A12. - P. 27323-27341.

238. Харровер (Harrower G.A.) (1955) Measurements of electron energies bydeflection in a uniform electric field // Rev. Sci. Instrum. V. 26, Nu. 9. - P. 850854.

239. Хоунс и др. (Hones E.W., Birn Jr.J., Baker D.N., Bame S.J., Feldman W.C., McComas D.J., Zwickl R.D.) (1984) Detailed examination of a plasmoid in the distant magnetotail with ISEE 3 // Geophys. Res. Letters. V. 11, Nu. 10. - P. 1046-1049.

240. Чао, Хсай (Chao J.K., Hsieh K.C.) (1984) On determining magnetohidrody-namic shock parameters 0вп and MA// Planet. Space Sci. V. 32, Nu. 5. - P. 641646.

241. Чен, Секигучи (Chen S. L., Sekiguchi T.) (1965) Instantaneous direct-display system of plasma parameters by means of triple probe // J. Appl. Phys. -V. 36, Nu. 8. P. 2363-2375.

242. Ченг, ДеСилва (Chiang T.T., DeSilva A.W.) (1978) Radial ion energy measurements in a fast theta pinch // Phys. Fluids. V. 21, Nu. 6. - P. 1053-1062.

243. Ченг и др. (Chang S.-W., Scudder J.D., Kudela K., Spence H.E., Fennell J.F., Lepping R.P., Lin R.P., Russell C.T.) (2001) MeV magnetosheath ions energized at the bow shock// J. Geophys. Res. V. 106, Nu. A9. - P. 19101-19115.

244. Цурутани, Родригез (Tsurutani B.T., Rodriguez P.) (1981) Upstream waves and particles: an overview of ISEE results // J. Geophys. Res. V. 86, Nu. A6. -P.4319-4324.

245. Шимада, Хошино (Shimada N., Hoshino M.) (2005) Effect of strong ther-malization on shock dynamic behavior // J. Geophys. Res. V. 110, Nu. A02105.

246. Шиндлер К. (1978) Лабораторные эксперименты по моделированию процессов в солнечном ветре и магнитосфере Земли // Физика магнитосферы / Под ред К.И. Грингауза и И.А. Жулина: Пер. с англ. Москва: Мир, 1972. С. 66-98.

247. Шмикк Д.В., Дубенский Б.М. (1988) Многосекционный отражатель для масс-рефлектрона // ЖТФ. Т. 58, вып. 3. - С. 1534-1537.

248. Шолер и др. (Scholer М., Sckopke N., Ipavich F.M., Hovestadt D.) (1985) Relation between energetic electrons, protons, and the thermal plasma sheet popu290lation: plasma sheet recovery events // J. Geophys. Res. V. 90, Nu. 3. - P. 27352743.

249. Шолер и др. (Scholer M., Shinohara I., Matsukiyo S.) (2003) Quasi-perpendicular shocks: length scale of the cross-shock potential, shock reformation, and implication for shock surfing // J. Geophys. Res. V. 108, Nu. Al-SSH. - P. 4-1-4-11.

250. Эйгес П.Е., Застенкер Г.Н., Ноздрачев M.H., Ермолаев Ю.И., Шафранкова Я., Немечек 3. (1998) // Быстрые флуктуации потока ионов солнечного ветра и магнитного поля в форшоке: 1. Корреляция параметров // Космические исследования. Т. 36, № 3. - С. 251-260.

251. Эсбридж и др. (Asbridge J.R., Вате S.J., Strong I.B.) (1968) Outward flow of protons from the Earth's bow shock // J. Geophys. Res. V. 73, Nu. 17. - P. 5757-5782.

252. Югант и др. (Wygant J.R., Cattell C.A., Lysak R., Song Y., Dombeck J., McFadden J., Mozer F.S., Carlson C.W., Parks G., Lucek E.A., Balogh A., Andre M., Reme H., Hesse M., Mouikis C.) (2005) // J. Geophys. Res. V. 110, Nu. A09206. - P. 1-30.

253. Юзер, Шапиро (User D., Shapiro V.D.) (2001) An limited relativistic shock surfing acceleration // Phys. Rev. Letters. V. 87, Nu. 7. - P. 075001-1-075001-4.