Рассмотрено взаимодействие интенсивных электромагнитных волн с бесстолкновительной плазмой. Даны представления о нелинейном воздействии излучения на плазму, связанном со стрикционными явлениями, возбуждением параметрической неустойчивости, аномально сильным поглощением и самовоздействием волн, нагревом плазмы, ускорением частиц и нетепловым излучением. Приводятся сведения по линейным механизмам поглощения волн в плазме, определяемым столкновениями частиц, бесстолкновительным затуханием Ландау, линейной трансформацией поперечных волн в продольные. Описываются эксперименты с изотропной и магнитоактивной плазмой. Рассмотренные процессы универсальны в радио- и оптическом (лазерном) диапазонах и представляют интерес при нахождении эффективных способов нагрева плазмы в термоядерных установках, определении условий устойчивого ВЧ-удержания плазмы и коллективного ускорения заряженных частиц, изучении распространения электромагнитных волн в плазме и т. п.

Книга рассчитана на научных работников и инженеров, аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в области физики плазмы, радиофизики, квантовой радиофизики и радиоэлектроники.

Табл 11. Рис. 152. Список литературы 326 наименований.

Теоретические и экспериментальные исследования воздействия сильных СВЧ-полей на плазму были вызваны в 1956 г, предложением акад. В. И. Векслера осуществить радиационное ускорение плазменных сгустков. Проведённые эксперименты привели к открытию нового явления — аномального поглощения волн в плазме, сопровождающегося её эффективным нагревом, появлением ускоренных частиц, интенсивным распадом плазмы, самовоздействием волн на плазму, нетепловым излучением. Эти эффекты носят пороговый характер и протекают при взаимодействии волн с изотропной и замагниченной плазмой. Указанные процессы обычно связывают с неустойчивостями плазмы в сильных электромагнитных полях, в частности с развитием параметрической неустойчивости. Наблюдаемые нелинейные процессы в значительной степени носят универсальный характер и имеют место в ВЧ-, СВЧ- и оптическом (лазерном) диапазонах.

Практический интерес к исследованиям взаимодействия электромагнитных волн с плазмой связан с изучением свойств ионосферы Земли (осуществление радиосвязи); с развитием радиоастрономии (получение данных о космической плазме); разработкой СВЧ-методов зондирования (диагностики) плазмы; нагрева высокотемпературной плазмы и её удержания в термоядерных установках, ускорения плазмы (радиационный метод); созданием плазменных генераторов и усилителей, ослабителей и фазовращателей (электронная техника); осуществлением плазменных реактивных движителей и плазменных преобразователей энергии; плазмохимией, созданием высоковакуумных ВЧ-откачных устройств и т. п. Взаимодействие интенсивных волн с плазмой может сопровождаться дополнительной ионизацией (при СВЧ-разряде), а при наличии металлических или диэлектрических поверхностей (стенки волноводов и резонаторов, различные зонды и т. п.) ВЧ-вторично-эмиссионным разрядом.

В настоящее время имеется много книг, посвящённых общим вопросам физики плазмы и более частному вопросу — взаимодействию электромагнитных волн с плазмой. Ряд важных проблем рассмотрен в обзорных статьях. В части I книги, предназначенной в основном для физиков-экспериментаторов и инженеров, приведены наиболее важные понятия из физики плазмы, а также некоторые сведения из линейной теории взаимодействия электромагнитных волн с плазмой, в частности о механизмах поглощения волн в плазме, необходимые для понимания излагаемого далее материала.

Основное внимание в книге обращено на изучение нелинейного воздействия сильных ВЧ-полей на плазму, которое позволило осуществить СВЧ-удержание разреженной плазмы (ω_Le ≪ ω_o) и обнаружить аномальное поглощение электромагнитных волн в бесстолкновительной плазме (ω_Le ~ ω_o ≫ ν) (часть II). Также рассматривается нелинейное (стрикционное) взаимодействие отдельных заряженных частиц и разреженной плазмы с внешними неоднородными ВЧ-полями. Приводятся теоретические и экспериментальные результаты исследований изотропной и магнитоактивной бесстолкновительной плазмы. Полученные сведения представляют интерес для нахождения эффективных способов ВЧ-, СВЧ- и лазерного нагрева плазмы в термоядерных установках, определения условий устойчивого СВЧ-удержания и коллективного ускорения заряженных частиц, изучения распространения электромагнитных волн в плазме и т. п.

Вследствие ограниченного объёма книги автор не имел возможности описать все исследования по нелинейному взаимодействию электромагнитных волн с плазмой, и поэтому пытался несколько систематизировать явления, дать их теоретические основы, проанализировать условия применения, изложить основные экспериментальные данные и сравнить их с выводами теории.

Многие вопросы, изложенные в книге, разрабатывались в Физическом институте им. П. Н. Лебедева АН СССР автором и его коллегами: Д. К. Акулиной, Н. Е. Андреевым, В. И. Бариновым, Г. М. Батановым, Э. Я. Гольцем, Л. М. Горбуновым, И. С. Данилкиным, В. А. Ивановым, Д. М. Карфидовым, А. Ю. Кирием, Л. М. Коврижных, А. А. Рухадзе, Р. Р. Рамазашвили, К. Ф.Сергейчевым, О. В. Сизухиным, В. П. Силиным, А. Н. Стародубом, В. Е. Трофимовым, Л. Э. Цоппом, И. С. Шпигелем.

Ю. М. Алиев, Л. С. Богданкевич, В. Н. Будников, С. В. Буланов, К. С. Голованивский, Б. Г. Еремин, М. Л. Левин, Г. С. Лукьянчиков, А. Д. Пилия, В. В. Пустовалов, К. А. Сарксян, В. А. Силин, В. И. Федоров, В. Н. Цытович, А. С. Шиканов взяли на себя труд прочесть отдельные разделы книги. Всем им автор выражает благодарность. Автор выражает глубокую признательность М. С. Рабиновичу за поддержку и плодотворное обсуждение вопросов, ко» торые рассмотрены в этой книге…

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Вопросы теории плазмы. Выпуск 6, Леонтович М. А., ред., 1972
2. Теория многих частиц, Власов А. А., 1950
3. Физические процессы в плазме токамака, Мирнов С. В., 1983
4. Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
5. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. З., 1988
6. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 2, Шафранов В. Д., ред., 1981
7. Волны в магнитоактивной плазме. — 2-е изд., перераб., Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1975
8. Микроволновая диагностика плазмы, Хилд М., Уортон С., 1968
9. Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот: Учебное пособие. — 2-е изд., стереотип., Голубева Н. С., Митрохин В. Н., 2008
10. Физика высокотемпературной плазмы, Саймон А., Томпсон У., 1972
11. Собрание трудов в двух томах (комплект из 2 книг), Соловьёв Л. С., 2001
12. Вопросы теории плазмы. Выпуск 9, Михайловский А. Б., ред., 1979
13. Вопросы теории плазмы. Выпуск 17, Кадомцев Б. Б., ред., 1989
14. Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
15. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
16. Вопросы теории плазмы. Выпуск 18, Кадомцев Б. Б., ред., 1990
17. Управляемый термоядерный синтез, Киллин Д., ред., 1980
18. Теория волн, Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П., 1979