Циклотронное излучение
Cтраница 3
Когда плазма находится в сильном магнитном поле, что типично для термоядерных систем с магнитной термоизоляцией, то следует учитывать также циклотронное излучение электронов плазмы. [31]
В работе [100] показано, что для средней частицы в максвелловском распределении по скоростям QDD - 9 X 10 - 18 см3 / сек при температуре 36 кэв. Отсюда следует, что TDD - 3000 сек, а значит, скорость энерговыделения не может превысить скорость потерь энергии при циклотронном излучении электронов. D - D-реактор был бы невозможен, если бы вся эта энергия уходила из плазмы. К счастью, большая часть этой энергии реабсорбируется плазмой, если ее размеры достаточно велики. Эта проблема исследуется в § 4 настоящей главы. [32]
Эти итоги и были подведены в статье А.В. Гапонова-Грехова, М.И. Петелина и В.К. Юлпатова [31], в которой уже фигурировали главные элементы наиболее эффективного МЦР гиротрона. В этом же году группе горьковских радиофизиков И.И. Антакову, М.И. Петелину, В.А. Флягину, В.К. Юлпатову во главе с А.В. Гапоновым-Греховым была присуждена Государственная премия за теоретические и экспериментальные исследования индуцированного циклотронного излучения электронов, приведшие к созданию нового класса приборов - мазеров на циклотронном резонансе. С 1967 г. начинается и история гиротрона, когда была предложена его конструкция [39] и А.В. Гапонов-Грехов ввел сам термин. Любопытно в связи с этим замечание того же Дж. Необходимо подчеркнуть, что изобретение гиротрона результат программы, принятой в 50 - х годах Академией Наук СССР [40], официально одобрившей разработку мощных источников миллиметровых и субмиллиметровых волн. [34]
Бекефи отличается от имеющихся в литературе тем, что в ней обсуждается ряд вопросов, почти не освещенных в учебниках и монографиях. Сюда относятся приложения к плазме флуктуационно-диссипатив-ной теоремы Каллена - Вельтона; теоретические результаты последнего времени, относящиеся к циклотронному излучению релятивистских электронов и связанные с исправлением распространенной в литературе ошибки; рассеяние плазменных волн, имеющее большое значение для физики ионосферы, и, в частности, для диагностики ионосферы. Подробно разбирается тормозное и циклотронное излучение, черепковское излучение и поляризационные потери быстрых частиц в плазме; анализируется влияние коллективных эффектов на эти явления. [35]
D налагает и циклотронное излучение. Также в неблагоприятную сторону действует необходимость увеличения магнитного поля в целях стабилизации плазмы. В основной области частот циклотронное излучение носит поверхностный характер ( сравн. D они доходят до неск. [36]
Форма линии дифференциальной испускательной способности является лоренцевой. При таком подходе пренебрегают тормозным излучением. Это пренебрежение справедливо вблизи центра линии, где преобладает циклотронное излучение. На далеких краях линии необходимо рассматривать только тормозное излучение. В промежуточном диапазоне частот, где эти два эффекта могут быть сравнимы по величине, их нельзя отделить друг от друга. Тогда теория, рассматривающая отдельно циклотронное излучение и отдельно тормозное излучение, несправедлива, и для нахождения испускания целесообразно использовать уравнение Больцмана и дисперсионное уравнение. Эта процедура аналогична той, которая была принята при нарушении условия v С со, поскольку тогда оба эффекта сравнимы по величине по всей ширине линии ( см. § 1 гл. [37]
В 1959 г. независимо от Твисса и друг от друга А.В. Гапонов-Грехов [11,12] и Дж. Шнайдер [13] теоретически показали возможность индуцированного излучения в потоке электронов, вращающихся в магнитном поле. Практически одновременно с теоретическими работами появились сообщения об экспериментальном наблюдении индуцированного циклотронного излучения [14-16], В работе [14] был описан эксперимент с усилителем, в котором винтовой пучок в однородном продольном магнитном поле взаимодействовал с волной Ню прямоугольного волновода. [38]
Частота и угловое распределение излучения претерпевают очень сильные изменения при возрастании энергии электрона от нерелятивистской до ультрарелятивистской. Практически будут найдены три вида спектров. Для описания излучения электронов с малой энергией используются следующие термины: циклотронное излучение, гиротропное излучение и магнитотормозное излучение, тогда как для описания излучения электронов с ультрарелятивистскими энергиями пользуются, по традиции, термином синхротронное излучение, поскольку оно впервые наблюдалось в 1948 г. на электронных синхротронах. Здесь применяется термин циклотронное излучение независимо от величины энергии частицы. [39]
Выясним теперь, требуется ли для неустойчивости, обусловленной столкновениями, наличие магнитного поля. Таким образом, когда эта неустойчивость возникает, ее можно рассматривать как эффект тормозного, а не циклотронного излучения. [40]
Однако при температуре 36 кэв, соответствующей температуре поджига D - D-реактора ( в отсутствие магнитного поля), преобладает циклотронное излучение. Действительно, поскольку PC пропорционально Г2, скорость выделения энергии при реакциях D - D никогда не превысит скорости ухода энергии за счет циклотронного излучения. Это не так при реакциях D - Т; мы находим, что при температуре поджига 4 кэв выделяющаяся энергия превышает потери. Из-за циклотронного излучения температура поджига увеличивается от 4 кэв примерно до 7 кэв. [41]
Частота и угловое распределение излучения претерпевают очень сильные изменения при возрастании энергии электрона от нерелятивистской до ультрарелятивистской. Практически будут найдены три вида спектров. Для описания излучения электронов с малой энергией используются следующие термины: циклотронное излучение, гиротропное излучение и магнитотормозное излучение, тогда как для описания излучения электронов с ультрарелятивистскими энергиями пользуются, по традиции, термином синхротронное излучение, поскольку оно впервые наблюдалось в 1948 г. на электронных синхротронах. Здесь применяется термин циклотронное излучение независимо от величины энергии частицы. [42]
Простые численные оценки показывают, что в рассматриваемых условиях мощность циклотронного излучения в типичных термоядерных плазмах будет превышать мощность ядерного энерговыделения даже для рав покомпонентной смеси дейтерия и трития. Положение, однако, радикально меняется при учете эффекта самопоглощения. В данном случае этот процесс играет, разумеется, благотворную роль, уменьшая потери. Вместе с тем циклотронное излучение не является равновесным, оно не вносит ощутимого дополнительного вклада в общее энергосодержание системы, так что новых трудностей здесь не возникает. Заметим, кстати, что при нолях в десятки килогаусс циклотронное излучение приходится на область миллиметрового диапазона длин волн. [43]
Синхротронное излучение наблюдалось также при исследовании солнечных пятен и Крабовидной туманности; кроме того, им, по-видимому, объясняется излучение Юпитера на частоте - 103 Мгц. Спектр излучения Крабовидной туманности простирается от области радиочастот до далекой ультрафиолетовой области, при этом излучение очень сильно поляризовано. Источником радиоизлучения Юпитера являются, по-видимому, электроны, захваченные поясами Ван Аллена, расположенными на расстоянии порядка нескольких радиусов от поверхности Юпитера. В настоящее время еще не ясно, является ли это излучение синхротронным излучением, испускаемым релятивистскими электронами, или это так называемое циклотронное излучение нерелятивистских электронов, движущихся по спиральным траекториям в магнитном поле планеты. Во всяком случае, наблюдаемое излучение сильно поляризовано параллельно экваториальной плоскости Юпитера, как и следует ожидать для частиц, захваченных полем диполя и движущихся по спиральным траекториям вдоль силовых линий. [44]
Однако при температуре 36 кэв, соответствующей температуре поджига D - D-реактора ( в отсутствие магнитного поля), преобладает циклотронное излучение. Действительно, поскольку PC пропорционально Г2, скорость выделения энергии при реакциях D - D никогда не превысит скорости ухода энергии за счет циклотронного излучения. Это не так при реакциях D - Т; мы находим, что при температуре поджига 4 кэв выделяющаяся энергия превышает потери. Из-за циклотронного излучения температура поджига увеличивается от 4 кэв примерно до 7 кэв. [45]
Страницы: 1 2 3 4