Розповсюдження електромагнітних хвиль в неоднорідній обмеженій плазмі

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

УДК 533.951

ГАЛАЙДИЧ Віктор Кімович

РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ В НЕОДНОРІДНІЙ ОБМЕЖЕНІЙ ПЛАЗМІ

01.04.08 фізика плазми

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико - математичних наук

Харків-1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському державному університеті

Міністерства освіти України

Науковий керівник:

доктор фізико- математичних наук, професор

АЗАРЕНКОВ Микола Олексійович, декан фізико-технічного факультету Харківського державного університету.

Офіційні опоненти: доктор фізико - математичних наук, професор, БОЄВ Анатолій Григорович, провідний науковий співробітник Радіоастрономічного інституту НАН України, м. Харків;

кандидат фізико - математичних наук, старший науковий співробітник

СОТНІКОВ Геннадій Васильович, старший науковий співробітник ННЦ ХФТІ, м. Харків.

Провідна установа: Інститут радіофізики та електроніки НАН України, м. Харків, відділ радіофізики твердого тіла

Захист відбудеться " 19 " березня 1999р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.12 Харківського державного університету за адресою:

310108, м. Харків-108, пр. Курчатова, 31, ауд.301.

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського державного університету.

Автореферат розісланий " 19 " лютого 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор фізико- математичних наук Азаренков М.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертації визначається необхідністю дослідження впливу неоднорідностей густини магнітоактивної плазми на параметри електромагнітних хвиль (ЕМХ), що поширюються в ній. Це пов'язано з тим, що як в природі, так і в пристроях плазмової електроніки та КТС плазма є неоднорідною. Це є вірним хоча б вже внаслідок їх обмеженості в просторі. Розповсюдження хвиль, в тому числі й електромагнітних, в неоднорідній плазмі принципово відрізняється від розповсюдження в однорідній плазмі. Неоднорідна плазма має багатший спектр власних хвиль. Характер тих хвиль, що існують і в однорідній плазмі, стає складнішим, порушується поперечність ЕМХ. Актуальність вивчення вказаних проблем визначається і тим, що неоднорідність середовища часто має місце при розробці нових функціональних електронних приладів напівпровідникової електроніки, при створенні нових джерел надчистої плазми, у плазмових технологіях.

Хоч на даний час ми маємо велику кількість монографій і оглядів по хвильовим процесам у плазмі та плазмоподібних середовищах, деякі питання розповсюдження хвиль в неоднорідних середовищах вивчені недостатньо. Зокрема, потребує дослідження питання про вплив витягнутих неоднорідностей плазми, а також металевих тіл, що знаходяться в плазмі, на розповсюдження низькочастотних хвиль в магнітоактивній плазмі.

Вирішення таких задач в рівній мірі необхідне як для дослідження хвильових процесів, що відбуваються в іоносфері, магнітосфері та міжпланетній плазмі, так і для поліпшення радіонавігації та радіолокації. В лабораторній плазмі такі задачі необхідно вирішувати при вивченні впливу витягнутих уздовж утримуючого зовнішнього магнітного поля неоднорідностей густини на поширення низькочастотних хвильових збурень, а також при детальному дослідженні металевої антени, зануреної в магнітоактивну плазму. Ці дослідження актуальні також з точки зору участі України в міжнародних космічних та екологічних програмах.

Задача дифракції хвилі на нескінченному плазмовому неоднорідному за густиною циліндрі, що знаходиться у зовнішньому магнітному полі, в загальному випадку не має аналітичного розв'язку. Такі розв'язки можна отримати в певних областях частот для деяких законів зміни густини плазми.

Задачі про дифракцію спрощуються, якщо в системі можна виділити малий параметр. В даній дисертаційній роботі розглянуто випадок довільного співвідношення між довжиною хвилі та характерним масштабом неоднорідності.

При розповсюдженні в плазмі потужних ЕМХ має місце модуляція параметрів плазми. З теорії розповсюдження хвиль в періодичних середовищах відомо, що за умови рівності просторового періоду структури половині довжини хвилі відбувається ефективне відбиття хвилі. При цьому вважалося, що протяжність області слабконеоднорідної плазми, з якої відбувається розсіяння, визначається тривалістю зондуючого імпульсу.

Встановлення залежності розмірів цієї області від параметрів неоднорідної плазми дало б змогу підвищити інформативність існуючих дистанційних методів дослідження як лабораторної так і природної плазми.

Останнім часом інтенсивно вивчаються процеси, що мають місце у хвилеводних структурах, утворених плазмою та металічною поверхнею. Такі структури використовуються при створенні елементної бази сучасних пристроїв НВЧ, міліметрового, субміліметрового та оптичного діапазонів. Поширення хвиль поверхневого типу вивчається при вирішенні проблем ВЧ самопідтримних газових розрядів, на основі яких створюються джерела надчистої плазми.

Загальне вивчення поверхневих хвиль є актуальним також у зв'зку з вирішенням задач утримання плазми у пастках (лімітер) та очистки плазми від домішок (дивертор).

Беручи до уваги наявність великої кількості робіт, присвячених поверхневим хвилям, тим не менш можна стверджувати, що ряд питань є ще недостатньо вивченими.

Так, відсутнє чисельне дослідження дисперсійних властивостей аксіально-несиметричних хвиль на межі металу з однорідною плазмою в циліндричній геометрії з урахуванням теплового руху електронів.

Недостатньо вивчено вплив нейтральної компоненти частково іонізованої плазми на хвилі поверхневого типу, що можуть поширюватись уздовж межі такої плазми з металом. Слід зауважити, що діючі плазмові пристрої часто містять неповністю іонізовану плазму.

До того ж в реальних структурах плазма, що межує з металічною поверхнею, може бути істотно неоднорідною. Тому дуже важливо дослідити властивості хвиль поверхневого типу, що можуть розповсюджуватись в неоднорідній плазмі з урахуванням теплового руху електронів.

За умов поступового зростання потужностей генераторів електромагнітних коливань стають помітними нелінійні ефекти. Вони проявляються в генерації вищих гармонік, нелінійній взаємодії хвиль, залежності фазової та групової швидкостей від амплітуди хвилі, тощо. Вивчення цих проблем є актуальними для лазерного термоядерного синтезу, для лазерної обробки металів, для газового розряду.

Відомо, що при похилому падінні потужних ЕМХ з вакууму на поверхню плазми є можливим параметричне збудження поверхневих хвиль. Але на даний час ще недостатньо повно вивчено вплив на цей процес ефекту “розбухання” поля поблизу точок плазмового резонансу у вузькому перехідному шарі. Зокрема, не досліджено, як нелінійний зсув частоти змінює величини інкременту та порогу цієї параметричної нестійкості.

Використання ефекту генерації гармонік відкриває можливості побудови ефективних множувачів частоти в різних частотних діапазонах. На даний час не вивчено перебіг цього процесу, коли в якості основної хвилі виступає поверхнева магнітоплазмова хвиля, що здатна поширюватись уздовж межі метал-плазма поперек зовнішнього магнітного поля

Отже, аналіз вищесказаного дає підстави зробити висновок, що дослідження поширення хвиль в неоднорідній обмеженій плазмі є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконана робота пов'язана з дослідженнями, які проводяться на кафедрі загальної та прикладної фізики Харківського державного університету: "Дослідження нелінійних, параметричних явищ під час високочастотного нагрівання плазми та матеріалів для її діагностики” (номер держреєстрації 0194U018583); "Дослідження способів збудження та виведення електромагнітних невзаємних хвиль" (номер держреєстрації 0194U018591); “Теоретичне дослідження електромагнітних властивостей обмежених плазмоподібних утворень” (номер держреєстрації 0194U018592).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вивчення впливу неоднорідностей густини магнітоактивної плазми на властивості ЕМХ, що поширюються в ній. А саме:

1. Дослідження впливу неоднорідності густини магнітоактивної плазми на розсіяння НЧ ЕМХ циліндричною неоднорідністю та металічним циліндром, оточеним шаром плазми. Вивчення залежності поперечного перерізу розсіяння від хвильового числа при різних значеннях параметрів неоднорідності плазми.

Встановлення аналітичної залежності розмірів ефективно розсіючої області від параметрів квазіперіодичної неоднорідності густини магнітоактивної плазми та параметрів хвиль, що розсіюються на ній.

2. Вивчення хвиль поверхневого типу на межі розподілу плазма-метал з урахуванням теплового руху електронів плазми.

Числове дослідження дисперсійних властивостей аксіально-несиметричних поверхневих хвиль, що розповсюджуються в металічному циліндрі, заповненому плазмою та уздовж металічного стрижня, зануреного в плазму. Вивчення частотних областей існування та дисперсійних властивостей поверхневих хвиль на різкій межі металу та плазмово-молекулярного середовища. Вивчення частотних областей існування та дисперсійних властивостей хвиль поверхневого типу на межі металу з неоднорідною плазмою.

3. Дослідження параметричної нестійкості поверхневих хвиль на межі плазма-вакуум у полі зовнішньої хвилі накачки з урахуванням ефекту розбухання поля в перехідному шарі неоднорідної плазми. Вивчення ефекту генерації другої гармоніки поверхневої хвилі, що поширюється уздовж межі метал-плазма поперек зовнішнього магнітного поля.

Наукова новизна. В дисертації:

отримано просторовий розподіл низькочастотних (НЧ) хвильових полів в неоднорідній магнітоактивній плазмі для певних профілів густини плазми. На його основі дістала подальший розвиток теорія розсіяння НЧ електромагнітних хвиль на локалізованій циліндричній неоднорідності в магнітоактивній плазмі та на металевому циліндрі, оточеному шаром неоднорідної магнітоактивної плазми;

удосконалено теорію розсіяння ЕМХ на квазіперіодичній неоднорідності магнітоактивної плазми. Встановлено залежність розмірів ефективно розсіючої області від величини градієнта густини плазми;

дістала подальший розвиток теорія власних поверхневих ЕМХ на межі метал-плазма з урахуванням теплового руху електронів. Вперше чисельно вивчено дисперсійні властивості аксіально-несиметричних поверхневих хвиль на межі металу з вільною однорідною плазмою в циліндричній геометрії;

вивчено властивості хвиль поверхневого типу на межі металу з плазмово-молекулярним середовищем. Для цього типу хвиль виявлено області, в яких неможливе їхнє розповсюдження;

отримано і розв'язано дисперсійне рівняння для потенційних хвиль поверхневого типу на межі металу з неоднорідною плазмою для спадаючої вглиб густини плазми;

удосконалено теорію процесу генерації другої гармоніки магнітоплазмової поверхневої хвилі що поширюється вздовж межі плазма -метал перпендикулярно зовнішньому магнітному полю. Отримано значення характерних періодів перекачки енергії в другу гармоніку і проводиться порівняння результатів для різних геометрій задачі;

дістала подальший розвиток теорія параметричного збудження поверхневих електромагнітних хвиль на межі плазма-вакуум. З урахуванням ефекту розбухання поля розглянуто параметричну нестійкість. Отримано вирази для нелінійного зсуву частоти хвилі та інкременту параметричної нестійкості.

Практичне значення одержаних результатів. Результати, які одержано автором можуть бути основою для проведення експериментів та інтерпретації їх результатів.

Розвинуто теорію поширення НЧ ЕМХ в неоднорідній магнітоактивній плазмі, що дозволяє передбачити залежність розсіяння хвиль на неоднорідностях плазми від параметрів неоднорідності та величини зовнішнього магнітного поля.

Вивчені у дисертаційній роботі дисперсійні властивості поверхневих хвиль доповнюють спектр власних електромагнітних збурень обмеженої плазми, що можуть виникати у приграничних областях заповнених плазмою металевих пристроїв. Вивчені структури можуть змоделювати антену в іоносферній плазмі, робочий обєм джерела плазми на поверхневих хвилях та диверторну область токамака.

Подальше дослідження параметричної нестійкості, що має місце при падінні потужного випромінювання на плазму стане в нагоді при моделюванні процесів лазерної обробки різноманітних матеріалів Вивчення резонансної генерації другої гармоніки магнітоплазмової поверхневої хвилі являє собою практичний інтерес для розробки плазмових множувачів частоти.

Особистий внесок здобувача. У праці, опубліковані за темою дисертаційної роботи, здобувач особисто зробив такі внески:

1. Отримав аналітичні розв'язки рівняння для магнітного поля низько-частотної хвилі в неоднорідній магнітоактивній плазмі для певних профілів густини плазми. Отримав вирази для перерізу розсіяння НЧ ЕМХ на локалізованій циліндричній неоднорідності в магнітоактивній плазмі та на металевому циліндрі, оточеному шаром неоднорідної магнітоактивної плазми. Провів числовий аналіз залежності величини перерізу розсіяння від параметрів шару неоднорідної плазми [1,10,11].

2. Отримав вирази для розмірів ефективно розсіючої області квазіперіодичної неоднорідності магнітоактивної плазми. Встановив залежність розмірів цієї області від величини градієнта густини плазми та параметрів електромагнітних хвиль [4,5]. Отримав ряд наближених виразів для плазмової частоти в точці точного виконання умов резонансного розсіяння електромагнітних хвиль [2].

3. Провів числовий аналіз дисперсійних властивостей аксіально-несиметричних поверхневих хвиль на межі металу з вільною однорідною плазмою в циліндричній геометрії в залежності від номеру моди та температури електронів плазми [8].

4. Отримав дисперсійне рівняння для хвиль поверхневого типу на межі металу з плазмово-молекулярним середовищем та знайшов його розв'язки. Виявив для цього типу хвиль області, в яких неможливе їхнє розповсюдження [3,7].

5. Отримав дисперсійне рівняння для потенційних хвиль поверхневого типу на межі металу з неоднорідною плазмою для випадку, коли густина плазми спадає вглиб плазми та знайшов його розв'язки. Дослідив залежність власної частоти поверхневої хвилі від величини та знаку градієнта густини плазми [9].

6. Отримав вираз для нелінійного зсуву частоти поверхневих хвиль, що параметрично збуджуються на межі вакуум-неоднорідна плазма за умови урахування ефекту розбухання поля. Для випадку тонкого шару отримав вирази для інкременту та порогу параметричної нестійкості [7].

7. Отримав вираз для характерних періодів перекачки енергії в другу гармоніку магнітоплазмової поверхневої хвилі з урахуванням і без урахування самодії хвилі. Провів порівняння ефективності процесу для різноманітних орієнтацій зовнішнього магнітного поля [6].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на VIII, Х конференціях молодих вчених та спеціалістів МФТІ (Москва,1983р.,1985р.), Всесоюзній науково-технічній конференції "Теорія та практика використання методу некогерентного розсіяння радіохвиль" (Харків,1983р.), Всесоюзному семінарі "Нелінійні ефекти в іоносфері" (Апатіти,1989р.), Всесоюзному семінарі "Поверхневі хвилі в твердих тілах та шаруватих структурах" (Новосібірск,1990р.), 13 - ій Всесоюзній конференції з розповсюдження радіохвиль (Горький,1991р.), міжнародній конференції "Взаємодія електромагнітних випромінювань з плазмою" (Душанбе,1991р.), I Всеукраїнському симпозіумі "Фізика та техніка мм та субмм радиохвиль" (Харків, 1991р.), щорічних зборах підрозділу фізики плазми американської фізичної спілки (35-их, Остін, 1993р.; 36-их, Міннеаполіс, 1994р.; 37-ой, Луїсвіль, 1995р.), 8-ій науковій асамблеї міжнародної асоціації з геомагнетизму та аерономії IAGA 97 (Уппсала, 1997р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у 11 друкованих роботах.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних джерел з 138 найменувань. Обсяг дисертації складає 139 сторінок, у тому числі ілюстрацій.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі викладено сучасний стан досліджень за темою дисертації та обґрунтовано необхідність проведення подальших досліджень.

У першому розділі вивчаються властивості електромагнітних хвиль при їх поширенні в неоднорідній магнітоактивній плазмі для різних моделей неоднорідності.

У підрозділі 1.1. досліджується розсіяння НЧ ЕМХ на нескінченній циліндричній неоднорідності магнітоактивної плазми. Модель неоднорідності включає в себе однорідну область з відмінною від фонової густиною та неоднорідну область, що є перехідною між ними. Вивчається вплив радіально-неоднорідного шару плазми на розсіяння плоскої НЧ ЕМХ на такій неоднорідності. Знаходяться аналітичні розв'язки рівняння для магнітного поля хвилі в неоднорідній магнітоактивній плазмі для певних профілів густини плазми. Проводиться числовий аналіз залежності величини перерізу розсіяння хвилі на неоднорідності від параметрів шару неоднорідної плазми та довжини падаючої хвилі. Вивчається кутовий розподіл розсіяної енергії.

У підрозділі 1.2. розглядається дифракція плоскої НЧ ЕМХ на металічному циліндрі, оточеному радіально-неоднорідним за густиною плазмовим шаром. З використанням знайдених у підрозділі 1.1. аналітичних розв'язків проводиться числовий аналіз залежності величини перерізу розсіяння від параметрів шару плазми та довжини падаючої хвилі. Вивчається кутовий розподіл розсіяної енергії і можливості керування індикатрисою розсіяння.

У підрозділі 1.3. вивчається розсіяння ЕМХ на квазіперіодичних збуреннях густини магнітоактивної плазми. Встановлюється функціональна залежність між розмірами ефективно розсіючої області та параметрами взаємодіючих хвиль та середовища, зокрема, градієнтом густини плазми. Виводяться наближенні формули для плазмової частоти в точці точного виконання умов резонансного розсіяння ЕМХ.

Другий розділ присвячено дослідженню поверхневих ЕМХ на межі плазма - метал з урахуванням теплового руху електронів плазми.

У підрозділі 2.1. чисельно вивчаються дисперсійні властивості аксіально-несиметричних поверхневих хвиль на межі металу з вільною однорідною плазмою в циліндричній геометрії. З'ясовується, як поводить себе частота хвилі з ростом температури електронів плазми та номера гармоніки.

У підрозділі 2.2. вивчаються дисперсійні властивості хвиль поверхневого типу на межі металу з плазмово-молекулярним середовищем. Виявляються області, в яких неможливе їхнє розповсюдження.

У підрозділі 2.3. отримується та розв'язується дисперсійне рівняння для потенційних хвиль поверхневого типу на межі металу з неоднорідною плазмою. Досліджується, як власна частота поверхневої хвилі залежить від величини та знаку градієнта густини плазми.

У третьому розділі об'єктом вивчення є нелінійні ефекти, що мають місце в плазмі, коли амплітуди хвиль, що поширюються в ній, є значними.

У підрозділі 3.1. розглядається генерація другої гармоніки магнітоплазмової поверхневої хвилі що поширюється вздовж межі плазма-метал перпендикулярно зовнішньому магнітному полю. Проводиться порівняння величин характерних періодів перекачки енергії в другу гармоніку для різних геометрій задачі.

У підрозділі 3.2. вивчається параметрична нестійкість похило падаючої з вакууму на плазму потужної ЕМХ щодо розпаду на дві поверхневі хвилі. Вивчається вплив на цей процес ефекту “розбухання” поля поблизу точок плазмового резонансу у вузькому перехідному шарі плазми. З'ясовується, як нелінійний зсув частоти хвилі змінює величину інкременту та порогу параметричної нестійкості.

У висновках сформульовано основні результати роботи.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі отримано наступні результати:

1. Вивчено вплив неоднорідності плазми на розсіяння низькочастотних електромагнітних хвиль на нескінченній циліндричній неоднорідності. Радіально-неоднорідний за густиною плазмовий шар, що оточує однорідний плазмовий циліндр з густиною, що відрізняється від густини фонової однорідної магнітоактивної плазми, може істотно змінити розсіяння плоскої хвилі на цьому циліндрі.

Неоднорідність шару призводить до слабкої несиметрії кутового розподілу розсіяної енергії, що помітно проявляється лише за малих довжин падаючої хвилі.

2. Вивчено, як область неоднорідної плазми, що безпосередньо межує з поверхнею металічного циліндру, впливає на дифракцію низькочастотних електромагнітних хвиль на цьому циліндрі. Радіально-неоднорідний за густиною плазмовий шар, що оточує металевий циліндр, поміщений в однорідну магнітоактивну плазму, може суттєво змінити розсіювання плоскої хвилі на цьому циліндрі. Несиметричність кутового розподілу розсіяної енергії в цьому випадку значна, і тому зміною зовнішнього магнітного поля та параметрів неоднорідного шару можна ефективно керувати величиною розсіяної енергії у довільному напрямку (по відношенню до напрямку хвильового вектору падаючої хвилі).

3. Проведено поглибленний аналіз розсіяння електромагнітних хвиль на квазіперіодичних збуреннях густини плазми. Отримано аналітичні вирази для розмірів ефективно розсіючої області квазіперіодично-неоднорідної плазми і на їх основі встановлена залежність між тривалістю резонансно розсіяного сигналу та параметрами взаємодіючих хвиль і середовища, зокрема, градієнту електронної концентрації.

4. Чисельно вирішено дисперсійні рівняння для аксіально-несиметричних поверхневих хвиль, що можуть поширюватися вздовж межі металевої циліндричної поверхні з плазмоподібним однорідним середовищем при врахуванні теплового руху електронів плазми. Розглянуто випадки металевого циліндра, заповненого плазмою та металевого стрижня, зануреного у плазму. Для несиметричних хвиль власні частоти помітно вище частоти симетричних хвиль і зростають зі зростанням номеру гармоніки, а також зі зростанням температури плазмоподібного однорідним середовища. Фазова швидкість зменшується зі зростанням температури, а групова - зростає. Такі ж зміни швидкості хвиль спостерігаються й при зростанні номеру гармоніки.

5. Показана можливість існування поверхневих хвиль на межі металу з комбінованим плазмово-молекулярним середовищем. Отримано дисперсійне рівняння хвиль поверхневого типу, що можуть поширюватися на межі металу з теплою вільною (без зовнішнього магнітного поля) плазмою, в якій враховано вплив молекулярної підсистеми. Молекулярна підсистема помітно змінює дисперсію хвиль поверхневого типу на частотах, близьких до власних частот атомів як осциляторів. Виявлено області частот з аномальною дисперсією, а також області, в яких неможливе розповсюдження.

6. Отримано і розв'язано дисперсійні рівняння для потенційних хвиль поверхневого типу, що можуть поширюватися вздовж межі металу з неоднорідною плазмою при врахуванні теплового руху електронів плазми. Розглянуто профілі густини плазми як з від'ємним, так і з додатнім градієнтом. Частота хвилі для профілю плазми з від'ємним градієнтом завжди менша, а для профілю з додатнім градієнтом завжди більше відповідної частоти в однорідній плазмі. Фазова швидкість розглядуваних хвиль більше в середовищі з додатнім градієнтом і менша в плазмі з від'ємним градієнтом. Групова швидкість хвиль вища в середовищі з від'ємним градієнтом. Помітний вплив неоднорідності на швидкості хвиль поверхневого типу має місце в НЧ діапазоні.

7. Розглянуто параметричну нестійкість електромагнітної хвилі, що скінується в плазмі, щодо розпаду її на дві поверхневі хвилі. З урахуванням “розбухання” поля поблизу точок плазмового резонансу у вузькому перехідному шарі отримано вирази для інкременту нестійкості та нелінійного зсуву частоти. Урахування нелінійного зсуву частоти призводить до стабілізації розглядуваної нестійкості. Для симетричного розпаду нелінійний зсув частоти хвилі дорівнює нулю.

8. Вивчено процес резонансної генерації другої гармоніки магнітоплазмової поверхневої хвилі, що поширюється перпендикулярно зовнішньому магнітному полю. Процес розглянутий з урахуванням і без врахування самодії хвилі. Самодія хвилі призводить до зменшення швидкості перекачки енергії хвилі в другу гармоніку. Отримано значення для характерних часів перекачки енергії в другу гармоніку та проводиться порівняння для різних геометрій задачі. В геометрії Фарадея процес протікає швидше, аніж в геометрії Фойгта.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Азаренков Н.А., Галайдич В.К., Кондратенко А.Н. Розсіяння електромагнітних хвиль на неоднорідному плазмовому циліндрі // УФЖ.1990.Т.38, №10. С. 1513-1517.

2.Галайдыч В.К. К погрешности вычисления электронной концентрации, получаемой методом резонансного рассеяния // Вестник Харьковского университета, 1984. № 255. Прикладные задачи радиофизики.С.10-12.

3.Азаренков Н.А., Галайдыч В.К. Волны поверхностного типа на границе металла с плазменно-молекулярной средой // ЖТФ.1997.Т. 56, №12. С. 47-49.

4.Галайдыч В.К., Мартыненко С.И., Мисюра В.А., и др. Резонансное рассеяние радиоволн в высокоширотной нижней ионосфере // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1985. Т.28, N 2. C. 244-247.

5.Галайдыч В.К., Розуменко В.Т. Сравнительная характеристика измерения электронной концентрации по регистации плазменной линиии в спектре некогерентно рассеяного сигнала и с помощью резонансного рассеяния. В сб.: Всесоюзн. научн-техн. конф.”Теория и практика применения метода некогерентного рассеяния радиоволн ”Тез.докл. 24-26мая 1983, Харьков-ХПИ, 1983. С. 64.

6.Азаренков Н.А., Галайдыч В.К., Остриков К.Н. Резонансное удвоение частоты магнитоплазменной поверхностной волны в структуре полупроводник - металл. В сб.: 1 Украинский симпозиум “Физика и техника ММ и СубММ радиоволн” Тез.докл., ч.1, Харьков, 15-17мая 1991. С. 83-84.

7. Azarenkov N., Galaydych V. Eigenmodes of the `metal-plasma-molecular medium` structure // Bulletin of the American Physical Society.1993. V. 38, №11. Р. 265.

8.Azarenkov N., Galaydych V., Olefir V. Axially nonsymmetrical potential surface waves in a homogeneous hot plasma //Bulletin of the American Physical Society. 1994. V. 39. №11. Р. 642.

9.Azarenkov N., Galaydych V., Olefir V. Surface type waves at the metal - inhomogeneous hot plasma interface // Bulletin of the Аmerican Physical Society.1995. V.40, № 11. Р. 287.

10.Azarenkov, N., Galaydych, V. MHD wave diffraction by metal cylinder in the inhomogeneous magnetoactive plasma // Bulletin of the American Physical Society. 1995. V.40, №11. Р. 287.

11.Azarenkov N., Galaydych V. Asymmetric wave scattering on metal cylinder in the homogeneous magnetoactive plasma // IAGA 97 Abstract Book. Uppsala, 1997.P.332.

Анотації

електромагнітний хвиля магнітоактивний плазма

Галайдич В.К. Розповсюдження електромагнітних хвиль в неоднорідній обмеженій плазмі. -- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08-- фізика плазми.-- Харківський державний університет, Харків, 1999.

Дисертацію присвячено питанням розповсюдження електромагнітних хвиль в неоднорідній обмеженій плазмі. Розглянуто розсіяння електромагнітних хвиль на циліндричній та квазіперіодичній неоднорідностях магнітоактивної плазми. Отримано аналітичний розв'язок для низькочастотної хвилі для певних профілів густини за умов довільного співвідношення між довжиною хвилі та масштабом неоднорідності. Досліджуються хвилі поверхневого типу на межі плазма-метал з урахуванням теплового руху електронів плазми. Вивчено параметричну нестійкість поверхневих хвиль у полі зовнішньої хвилі накачки з урахування ефекту розбухання поля та генерацію другої гармоніки поверхневої хвилі, що поширюється вздовж межі плазма-метал поперек зовнішнього магнітного поля.

Ключові слова: неоднорідна плазма, обмежена плазма, хвиля поверхневого типу, параметрична нестійкість.

Galaydych V.K. Electromagnetic waves propagation in the inhomoheneous bounded plasma. Manuscript. Theses for a Candidate of Sciences Degree in Physics and Mathematics, speciality 01.04.08 Plasma Physics, Kharkiv State University, Kharkiv, 1999.

The Theses are concerned to the questions of wave propagation in inhomoheneous bounded plasma. Electromagnetic wave scattering on both cylindrical and quasiperiodic inhomoheneities of the magnetoactive plasmas have been studied. It has been obtained the analytical solution for low-frequency wave at the certain density profiles in the case when the ratio of wavelength to inhomogeneity's scale is arbitrary. Surface type waves at the plasma-metal interface with acount of electrons plasma thermal movement are under consideration. The parametric instability of surface waves in field of external pumping wave in acount for strong field growth at plasma resonance points is investigated. The second harmonic generation of surface wave which propagated along metal-magnetoactive plasma interface is studied too.

Key words: inhomoheneous plasma, bounded plasma, surface type wave, parametric instability.

Галайдыч В.К. Распространение электромагнитных волн в неоднородной ограниченной плазме. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08- физика плазмы.-Харьковский государственнй университет, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена вопросам распространения электромагнитных волн в неоднородной ограниченной плазме.

В первом разделе рассмотрено рассеяние электромагнитных волн на неоднородностях магнитоактивной плазмы.

Рассмотрен случай произвольного соотношения между длиной волны падающего излучения и характерного масштаба неоднородности. Получены аналитические решения для полей рассеянной на бесконечном плазменном цилиндре волны в низкочастотной области частот для степенного и линейного законов изменения плотности плазмы в неоднородной области.

На их основе исследовано влияние на распространение низко-частотных волн в магнитоактивной плазме сильно вытянутых неоднородностей плазмы. Показано, что неоднородный по радиусу плазменный слой, окружающий однородный плазменный цилиндр с плотностью, отличающейся от фоновой и находящийся в однородной магнитоактивной плазме, может существенно изменить рассеяние плоской волны на этом цилиндре. Неоднородность слоя приводит к слабой несимметричности углового распределения рассеянной энергии, и проявляется только для больших длин падающей волны.

Изучено влияние слоев неоднородной плазмы, окружающих металлические тела, находящиеся в плазме, на дифракцию низко-частотных электромагнитных волн на них. Несимметричность углового распределения в этом случае сильная, и поэтому изменением внешнего магнитного поля и параметрами неоднородного слоя можно эффективно управлять величиной рассеянной мощности в произвольном направлении.

Исследуется рассеяние электромагнитной волны на квазипериоди-ческой неоднородности плотности магнитоактивной плазмы. Получены выражения для размеров эффективно рассеивающей области неодно-родной плазмы и установлена зависимость между длительностью резонансно рассеянного сигнала и параметрами взаимодействующих волн и среды, в частности, градиента электронной концентрации.

Во втором разделе исследуются поверхностные волны на границе плазма-металл с учетом теплового движения электронов плазмы.

Численно и аналитически исследованы дисперсионные характеристики аксиально-несимметричные поверхностные волны на границе металла с однородной плазмой. Рассматриваются также свойства поверхностных волн на границе металлического цилиндра, помещенного в плазмоподобную среду конечного давления.

Показана возможность существования и исследованы дисперсионные свойства потенциальных поверхностных волн поверхностного типа на границе металла с полуограниченной плазменно-молекулярной средой. Обнаружены области с аномальной дисперсией, а также области, в которых невозможно распространение.

Исследована возможность существования потенциальных волн поверхностного типа на границе металла с полуограниченной неоднородной плазмоподобной средой с учетом теплового движения электронов. На основе полученных дисперсионных уравнений изучаются дисперсионные характеристики и распределение электромагнитного поля рассматриваемых волн.

Третий раздел посвящен нелинейным взаимодействиям поверхностных волн на границе плазмы. Изучена параметрическая неустойчивость поверхностнх волн в поле внешней волн накачки с учетом эффект разбухания поля. Исследуется процесс резонансной генерации второй гармоники магнитоплазменной поверхностной волны, распространяющейся перпендикулярно внешнему магнитному поля вдоль границы плазмы.

Ключеве слова: неоднородная плазма, ограниченная плазма, волна поверхностного типа, параметрическая неустойчивость.

Размещено на Allbest.ru