В.М. Лозников, Л.А. Михайловская,
Н.Н. Зольникова
Цикл работ по серфотронному ускорению заряженных частиц электромагнитными волнами в космической плазме. Направление - Фундаментальные и прикладные научные исследования в области физики космической плазмы, энергичных частиц, Солнца и солнечно - земных связей.
Состав авторов–сотрудников ИКИ РАН: В.М.Лозников, Л.А.Михайловская, Н.Н.Зольникова.
Цикл включает следующие статьи :
1) Лозников В.М., Ерохин Н.С., Зольникова
Н.Н., Михайловская Л.А Серфотронное ускорение протонов электромагнитной волной на
периферии гелиосферы. IL Всероссийская
конференция по проблемам физики частиц, физики плазмы и конденсированных сред,
оптоэлектроники, РУДН, Россия, Москва, 2013. Тезисы докладов, с.133-136.
2) Rumen Shkevov,
Nikolay Sergeevich Erokhin, Ludmila Anatolievna Mikhailovskaya, Nadezhda Nikolaevna Zolnikova. Numerical
investigation of the surfatron acceleration
efficiency of charged particles by wave packets in space plasma. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics,
2012, v.99, ¹ 1, p.73-77.
3) N.S. Erokhin, V.M. Loznikov,
4)
В.М. Лозников, Н.С. Ерохин, Л.А. Михайловская. О
причине переменности спектра протонов космических лучей в диапазоне энергий ~
20-500 Гэв. Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013. Аннотации
докладов. Типография НИЯУ МИФИ, Москва. 2013. Т.2. С.110.
5)
В. М. Лозников, Н. С. Ерохин, Н. Н. Зольникова, Л. А. Михайловская. Серфотронное
ускорение протонов электромагнитной
волной на периферии гелиосферы. Физика плазмы,
принято к печати в
Проведен анализ экспериментальных данных
и показано, что изменение величины и положения особенностей в спектрах
космических лучей могут быть связаны с изменением cолнечной активности (и,
соответственно, режимов ускорения) в разных фазах 11-летнего cолнечного цикла.
Представлены результаты численного моделирования захвата и ускорения заряженных
частиц плазменными
волнами в гелиосферном магнитном поле. Показано, что
различие в наблюдаемых спектрах протонов космических лучей (КЛ) в диапазоне ~
(20¸500) ГэВ можно объяснить в
рамках двухкомпонентной модели спектра. Особенности взаимодействия пакетов
плазменных волн с протонами по сравнению с их взаимодействием с позитронами и
электронами обусловлены большим различием в массах. На основе численных
расчетов рассмотрено релятивистское ускорение протонов в космической плазме при
их серфинге на электромагнитной волне, распространяющейся вдоль оси x поперек внешнего магнитного
поля, параллельного оси z.
Задача сведена к исследованию нестационарного, нелинейного уравнения для фазы
волнового пакета на несущей частоте в месте нахождения ускоряемого заряда. Динамика релятивистского фактора протона g(t) и
его аналитическая аппроксимация на стадии ускорения соответствуют постоянному
среднему темпу ускорения захваченной частицы. В результате численного
моделирования захвата и ускорения заряженных частиц пакетами плазменных волн в гелиосферном магнитном поле найдены оптимальные условия
ультрарелятивистского ускорения частиц плазменными волновыми пакетами. Рассмотрены
условия
захвата частиц, динамика компонент скорости и импульса, зависимость темпа ускорения от исходных
параметров задачи, структура фазовой плоскости ускоряемого протона. Для ультрарелятивистского
серфотронного ускорения протонов электромагнитной
волной, обсуждается возможность возникновения за счет серфотронного
механизма отличий в спектрах ускоренных протонов, полученных при обработке
экспериментальных данных по регистрации космических лучей (КЛ), от стандартных
степенных зависимостей. Даны оценки доускорения
протонов в гелиосфере, имевших начальную энергию
порядка нескольких ГэВ, до энергий порядка ТэВ.
Установлено, что для значительной части возможных значений начальной фазы
захват частицы волной в эффективную потенциальную яму происходит практически
сразу с последующим ультрарелятивистским ускорением. Максимальная энергия
ускоренной частицы пропорциональна времени ее удержания в эффективной
потенциальной яме. Для протонов с отрицательным начальным значением импульса
частицы вдоль волнового фронта после захвата протона возникает режим его
ускорения. В обратном случае – положительных начальных значений импульса
протона вдоль волнового фронта частица может захватиться
волной и начинает тормозиться. Оставаясь захваченной частица
меняет знак компоненты скорости вдоль волнового фронта на отрицательный и
только затем происходит сильное серфотронное
ускорение.