Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Кролл Н. -> "Основы физики плазмы" -> 191

Основы физики плазмы - Кролл Н.

Кролл Н., Трейвелпис А. Основы физики плазмы — М.: Мир, 1975. — 526 c.
Скачать (прямая ссылка): osnovifizikiplasmi1975.djvu
Предыдущая << 1 .. 185 186 187 188 189 190 < 191 > 192 193 194 195 196 197 .. 226 >> Следующая

ФЛУКТУАЦИИ, КОРРЕЛЯЦИИ И ИЗЛУЧЕНИЕ

451

Из сравнения с результатами § 3 настоящей главы ясно, что, хотя элекростатические колебания плазмы существуют лишь в узком интервале со и к (со « CD7,*, kXD<Z 1), они возбуждены сильнее [в C2I(KTeIme) раз], чем электромагнитные волны.

Мощность излучения электромагнитных волн дается выражением

(V .еЕполяриз),

причем теперь Еполяриз обозначает электромагнитную составляющую экранирующего поля. Это выражение можно объединить с формулой для мощности излучения электромагнитных волн. В результате получаем

р __ 8я2тГ а2 [ F (— W 1 4- А \ d(*

^h,co—Onnaqa^ Г а0 у ^ J \ | Д |2 ^ mc2 к3 \DT\* J (2я)* *

Мнимая часть величины Dt не может быть найдена в рамках уравнения Власова. Если учесть слабые столкновения порядка g, то Dri становится отличной от нуля. Причина различия в излучении электростатических и электромагнитных волн заключается в следующем. Излучение электростатических волн в наинизшем порядке по g является черенковским, в то время как излучение электромагнитных волн в незамагниченной плазме не может быть черенковским, поскольку нет частиц, скорость которых превышает фазовую скорость (со/к > с) этих волн. Электромагнитное излучение вследствие столкновений называется тормозным и появляется в более высоком порядке по g, чем черенковское излучение электростатических волн.

§ 6. РАССЕЯНИЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ФЛУКТУАЦИЯХ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ

В плазме существуют не только флуктуации полей, но и флуктуации плотности заряда. Рассеяние электромагнитных волн на флуктуациях плотности зарядов позволяет получать полезную информацию о микросостоянии плазмы. Данный параграф мы посвятим изучению некогерентного рассеяния волн от плазмы.

Во многих книгах по теории электромагнитного поля приводится расчет рассеяния неполяризованной волны на отдельном электроне. Он дает следующий результат (томсоновское сечение рассеяния):

= 4(i+ c°s20); (11.6.1)

здесь r0 = C2tImeC2 — классический радиус электрона, а 0 — угол между падающей и рассеянной волнами (фиг. 198). Если рассеивающий электрон движется, частота рассеянной волны сдвигается вследствие эффекта Допплера.

Фиг. 198. Рассеяние плоской волны в плазме.
452

ГЛАВА 11

На первый взгляд правдоподобный, но в действительности часто неправильный метод вычисления рассеяния волн в плазме состоит в том, что все электроны считаются свободными и суммируется излучение, рассеянное каждым из электронов. В этом случае сечение рассеяния по-прежнему определялось бы выражением (11.6.1), а разброс частот — распределением электронов по скоростям, поскольку из-за теплового разброса скоростей рассеяние на каждом электроне приводит к своему допплеровскому сдвигу. Таким образом, рассеянное на электронном газе излучение обладало бы разбросом частот. Форма линии рассеянного света для максвелловского распределения свободных электронов с температурой T является гауссовой с шириной

Однако в действительности электроны плазмы не являются свободными.

Об этом факте свидетельствуют эксперименты [5] по рассеянию электромагнитных волн плазмой, которые показывают, что сечение рассеяния длинноволнового излучения в два раза меньше сечения (11.6.1). Кроме того, принятый радиолокационной станцией сигнал в длинноволновом диапазоне, отраженный от ионосферы, показывает [6], что ширина линии рассеянного излучения гораздо уже ширины, предсказываемой из (11.6.2), а именно

Такая ширина соответствует рассеянию на ионах. Поскольку невозможно поверить в то, что высокочастотное излучение рассеивается на тяжелых и неподвижных ионах, а не на гораздо более легких электронах, становится ясно, что в процессе рассеяния существенны коллективные эффекты, которые отличают плазму от системы независимых электронов. Предположение

о том, что для вычисления рассеяния достаточно просуммировать вклады от отдельных свободных частиц, означает, что мы слишком упростили задачу.

Рассеяние излучения связано с дискретностью частиц. Кинетическая теория, рассмотренная в гл. 8, не предсказывает рассеяния излучения равновесной плазмой в отсутствие внешних полей, поскольку в пределах применимости этой теории плотность зарядов каждого сорта в плазме равна повсюду своему среднему значению, т. е. в ней отсутствуют какие-либо центры рассеяния.

Рассеяние появляется в следующем приближении теории по величине l/n^D, а именно в( модели некоррелированных одетых пробных частиц. Согласно данной модели, в плазме имеются дискретные частицы, которые рассеивают излучение. Коллективные эффекты здесь учитываются автоматически наличием экранирующей «шубы» у пробных частиц, появляющейся из-за взаимодействия с остальной плазмой, описываемой уравнением Власова. Чтобы получить характеристики рассеяния, сначала вычисляют рассеяние на одной пробной частице, помещенной в плазму, а затем суммируют результат по всем пробным зарядам.

Используя представление о пробных частицах, развитое в предыдущих параграфах, можно довольно просто вычислить плотность электронов плазмы в окрестности пробного заряда.
Предыдущая << 1 .. 185 186 187 188 189 190 < 191 > 192 193 194 195 196 197 .. 226 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed