ОТ РЕДАКТОРА
Исследования по управляемому термоядерному синтезу, стимулировавшие бурное развитие физики плазмы, относятся, в основном, к плазме с экстремальными для земных условий параметрами (температурой и произведением плотности на «энергетическое время жизни») при минимально возможном отклонении от локального термодинамического равновесия. Вместе с тем в разных областях науки и техники все более широкое применение приобретает более доступная плазма с параметрами вне «термоядерного» диапазона. В настоящем пятом томе серии ИНТ «Физика плазмы» отражены успехи в развитии трех крупных направлений в физике такой плазмы, каждое из них лежит в основе разнообразных применений плазмы.
Физической основой большинства применений плазмы является возможность создания в плазме сильной неравновесности. Типичным примером служит плазма, пронизываемая пучком заряженных частиц. В такой системе особенно отчетливо проявляются типичные для плазмы коллективные явления, неустойчивости. Неудивительно поэтому, что пучковые системы лежат в основе новейших методов генерации и усиления электромагнитных волн. Физике электронных пучков в плазме и их применению как в технике, так и в научных исследованиях посвящен первый обзор данного выпуска, написанный доктором физико-математических наук М. В. Незлиным.
Следующий обзор в сборнике касается физики слабоионизованного газа — плазме тлеющего разряда повышенного давления. Здесь неравновесность системы вызывается легко достигаемым превышением энергии движения электронов в электрическом поле их тепловой энергии. Одновременно возникает неравновесность распределения частиц газа по энергетическим уровням. Оба эти свойства обусловили применение тлеющего разряда в качестве мощных источников света, плазмохимиче-ских реакторов и газовых лазеров. Неравновесность плазмы, вместе с тем, привела к большому разнообразию ситуаций в тлеющем разряде и к необходимости, с целью оптимизации параметров рассматриваемой системы, широких исследований кинетических и газодинамических процессов. Обзор «Тлеющий разряд в газах повышенного давления», написанный докторами
1* .ч
физико-математических наук В. Ю. Барановым, А. П. Напарто-вичем, А. Н. Старостиным, знакомит читателей с состоянием этого обширного раздела современной физики плазмы.
Третий обзор, включенный в данный выпуск, написан доктором физико-математических наук А. И. Морозовым и кандидатом физико-математических наук А. П. Шубиным. Он посвящен ускорению плазмы. Здесь речь идет о создании высокоскоростных (по сравнению с основанными на химическом топливе) плазменных струй с широкой областью применений от обработки поверхностей до создания электрореактивных двигателей и использования для управляемого синтеза. Как и в проблеме управляемого синтеза, объектом исследования служит, в основном, двухкомпонентная (электроны и ионы) плазма. Однако специфика больших скоростей движения и роли электродов делают физику процессов более богатой и разнообразной. Поэтому исследования плазмодинамических систем служат не только развитию конкретных применений, но и более глубокому пониманию плазмофизических процессов, важному для всей (физики плазмы в целом.
Как и предыдущие выпуски, этот том рассчитан на достаточно широкий круг физиков, интересующихся плазмой.
Приведем для справок содержание предыдущего выпуска серии (т. 4):
Ю. А. Данилов, В. И. Петвиашвили. Солитоны в плазме.
A. С. Кингсеп. Сильная ленгмюровская турбулентность и •турбулентный нагрев плазмы.
Л. М. Алексеева. Магнитосфера Земли. Строение и физика.
B. И. Коган, В. С. Лисица. Радиационные процессы в •плазме.
УДК 533.922
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ В ПЛАЗМЕ М. В. Незлин
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение................ 6
2. Апериодические неустойчивости пучков (теория) ..... 10
2.1. Неустойчивость и предельный ток пучка частиц одного знака в вакууме................10
2.2. Неустойчивость и предельный ток квазинейтрального электронного пучка (задача Пирса)............12
2.3. Неустойчивость и предельный ток квазинейтрального ионного пучка 14
2.4. Неустойчивость и предельный ток релятивистского электронного пучка.................15
3. Колебательные неустойчивости пучков (теория)......16
3.1. Дисперсионное уравнение системы пучок — плазма.....16
32. Собственные волны плазмы и пучка........19
3.3. Электрон-ионная (бунемановская) неустойчивость.....20
3.4. Электрон-электронная неустойчивость........22
3.5. Пучково-дрейфовая неустойчивость пространственно-неоднородной системы пучок — плазма в продольном магнитном поле ... 23
3.6. Неустойчивости релятивистских электронных пучков .... 27
4. Пучковые неустойчивости как результат активной связи волн с различными знаками энергии (теория).........29
4.1. Волны с положительной и отрицательной энергией .... 29
4.2. Активная связь (неустойчивость) волн с различными знаками энергии................31
4.3. Элементарные процессы, лежащие в основе пучковых неустойчи-востей.................33
5. Новейшие пучковые методы генерации и усиления электромагнитных волн электронными пучками, или лазеры (мазеры) на свободных электронах (теория и эксперимент) ......... 38
5.1. Томсоновское (комптоновское) рассеяние фотонов на релятивистских электронах (теория) ........... 38
5.2. Рамановское (комбинационное) рассеяние на собственных волнах электронного пучка, несущих отрицательную энергию (теория) . 42
5.3. Лазеры (мазеры) на свободных электронах и на рамановском (комбинационном) рассеянии (эксперимент)......46
6. Неустойчивости, предельные токи и двойные слои в электронных и плазменных пучках. Механизм срыва тока в пучках, (эксперимент) 48
6.1. Предельный ток электронного пучка в отсутствие нейтрализации пространственного заряда ........... 48
6.2. Предельные токи квазинейтрального электронного пучка ... 49
6.3. Неустойчивости, ответственные за ограничение (срыв) тока в квазинейтральных электронных пучках: пучково-дрейфовая и пир-совская................52
6.4. Электрон-ионная (бунемановская) неустойчивость . ... 54
6.5. Плазменная стабилизация (повышение порогов) пирсовской, пуч-ково-дрейфовой и бунемановской неустойчивостей .... 57
59
6.6. Предельные токи ионных и релятивистских электронных пучков . t>\)
6.7. Электрон-электронная неустойчивость........ 59
6.8. Неустойчивость плазменного пучка......... 60
6.9. Виртуальный катод в электронном пучке и двойной электрический
слой в плазме.............. 63
6.10. Двойной электрический слой («виртуальный анод») в ионном пучке, распространяющемся в плазме в модели земного магнитного диполя, и вопрос о механизме полярных сияний ... 67
7. Солитоны в электронных пучках.......... 72
7.1. Физические представления о самосжатии (коллапсе) ленгмюровских
волн................. 72
7.2. Ленгмюровские солитоны в электронных пучках (эксперимент) . 80
7.3. О ленгмюровских солитонах в космосе (наблюдения) .... 84
8. Заключение................ 85
Литература................ 86
Цена: 150руб.
