ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ЦИКЛОТРОННОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАЗМЫ В ЗЕРКАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ Д.А. Мансфельд, М.Е. Викторов, А.В. Водопьянов, - презентация

1 ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ЦИКЛОТРОННОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ПЛАЗМЫ В ЗЕРКАЛЬНОЙ МАГНИТНОЙ ЛОВУШКЕ Д.А. Мансфельд, М.Е. Викторов, А.В. Водопьянов, С.В. Голубев, И.В. Изотов ИПФ РАН, г. Нижний Новгород, Россия

2 Введение Циклотронная неустойчивость : результат резонансного взаимодействия неравновесных частиц с волной в плазме Генерация электромагнитного излучения Высыпания энергичных частиц из ловушки Космические магнитные ловушки: Магнитосфера Земли и планет (радиационные пояса Земли, КНЧ-ОНЧ излучение, декаметровое излучение Юпитера) Солнечные корональные петли Лабораторные системы: (ЭЦР разряд в зеркальных магнитных ловушках)

3 N2N2 Неравновесная плазма в прямой магнитной ловушке 3 Гиротрон (37.5 ГГц, 80 к Вт, 1 мс) Зеркальная магнитная ловушка (L = 25 см, R = 5÷10, B max = 4.3 Тл) Неравновесная двухкомпонентная плазма импульсного ЭЦР разряда: 1) Фоновая плазма T e ~ 300 эВ N e ~ см -3 2) Горячие электроны T h ~ 10 кэВ N h ~ – см -3 A.V. Vodopyanov et. al., Tech. Phys. Lett. 25, 588 (1999)

4 Циклотронная неустойчивость наблюдается в виде квазипериодических вспышек СВЧ излучения плазмы синхронных с высыпанием энергичных электронов из ловушки, регистрируемых pin-диодом. Неустойчивость первого типа развивается в плотной плазме, поддерживаемой излучением гиротрона Возбуждение свистовых волн в плотной плазме: СВЧ излучение гиротрона 1 мс PIN диод Циклотронная неустойчивость. Плотная плазма. 0.4 мкс/дел f > 5.4 ГГц p-i-n диод А.В. Водопьянов и др., Физика плазмы, 2005 N e >> N h E h 10 кэВ КНЧ/ОНЧ излучение (Helliwell, 1965)

5 Циклотронная неустойчивость. Распадающаяся плазма. СВЧ излучение гиротрона 1 мс PIN диод горячие электроны СВЧ излучение поперек внешнего магнитного поля на частоте ГГц В разреженной плазме циклотронная неустойчивость развивается на Z-моде (медленная необыкновенная волна) или X-моде (быстрая необыкновенная волна) с квазипоперечным относительно магнитного поля направлением распространения. FX-мода:SX-мода: А.В. Водопьянов и др. ЖЭТФ, 2007 А.Г. Шалашов и др. Письма в ЖЭТФ, 2006 NeNe NhNh E h кэВ Авроральное Километровое Радиоизлучение (Gurnett et al., 1973)

6 Актуальные задачи -Тонкая временная структура -Временная динамика спектра -Характерные граничные частоты -Абсолютные измерения интенсивности Сложности в измерении спектра: -Широкая полоса принимаемых сигналов (от 1 до 30 ГГц) -Нестационарные (вспышечные) импульсы малой длительности ( 10 нс) -«Паразитное» излучение гиротрона

7 Диагностика СВЧ излучения Широкополосная рупорная антенна + ФНЧ (fc = 18.2 ГГц) 1. Диапазон: 2 ÷ 18 ГГц 2. Диапазоны: 18.5 ÷ 25.7 ГГц, 27 ÷ 36 ГГц, 38.5 ÷ 47 ГГц гиротрон 37.5 ГГц ФНЧ + ПФ

8 Цифровой осциллограф Tektronix MSO 72004C Ширина полосы: 20 ГГц Частота дискретизации: 100 Гвыб/с Память: 250 MБ на 1 канал

9 Осциллограммы

10 Общая спектрограмма f BL /2 f BL 2f BL

11 Общая спектрограмма (2) f BL /2 f BL 2f BL Pin – диод Е > 10 кэВ

12 Общая спектрограмма (3) 1 тип 2 тип 3 тип Pin – диод Е > 10 кэВ f BL /2 f BL 2f BL

13 Тип 2. Свистовые волны. Pin – диод Е > 10 кэВ

14 Общая спектрограмма 3 тип Pin – диод Е > 10 кэВ

15 Тип 3. Распад. Pin – диод Е > 10 кэВ

16 Тип 3. Распад (2) Pin – диод Е > 10 кэВ

17 Тип 3. Распад (3) Pin – диод Е > 10 кэВ

18 Pin – диод Е > 10 кэВ

19 Pin – диод Е > 10 кэВ

20 Pin – диод Е > 10 кэВ

21 Частота излучения зависит от магнитного поля

22 Сразу после окончания СВЧ импульса гиротрона 2f BL Pin – диод Е > 10 кэВ

23 Общая спектрограмма - Вопросы 1 тип 2 тип 3 тип

24 Заключение -Исследованы режимы возбуждения электромагнитных волн в результате циклотронной неустойчивости неравновесной плазмы в зеркальной магнитной ловушке на различных стадиях ЭЦР разряда: в плотной ( pe > Be, N h