Читать онлайн «Эховые явления в плазме и плазмоподобных средах»

В. Н. ПАВЛЕНКО, AT. СИТЕНКО ЭХОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПЛАЗМЕ И ПЛАЗМОПОДОБНЫХ СРЕДАХ ПРЕДИСЛОВИЕ Эховые явления в плазме представляют собой яркий пример проявления ее коллективных свойств. Характерной особенностью плазмы, отличающей ее от других сред, является возможность существования в ней различных слабозатухающих собственных волн. Как было показано Ландау [33], затухание волн в плазме обусловлено их резонансным взаимодействием с частицами и имеет место даже в отсутствие столкновений. Существование затухания Ландау подтверждено экспериментально в работах [104, 105]. Затухание Ландау относится к числу важнейших явлений в физике плазмы и играет фундаментальную роль в коллективных процессах в бесстолкно- вительной плазмы. Обратимая природа затухания Ландау весьма ярко проявляется в эффекте зха, теоретически предсказанного Гоулдом, О'Нейлом и Малмбергом в 1967 г. [82], а затем обнаруженного экспериментально в работах [72, 76,91,92, 106]. Механизм возникновения эха в плазме непосредственно связан с нелинейным взаимодействием волн. Хотя в линейном приближении колебания макроскопических величин в плазме (поля, плотности заряда и т. д. ) экспоненциально затухают со временем, отклонения функции распределения от своего равновесного значения могут испытывать незатухающие колебания (колебания отклонения функции распределения можно рассматривать как набор модулированных пучков частиц — волн Ван-Кампена [127]). Существование таких незатухающих колебаний отклонения функции распределения обусловлено тем, что под действием только самосогласованного поля, без парных столкновений в плазме, не может установиться равновесие, поскольку самосогласованное поле не изменяет энтропию системы. Наличие незатухающих колебаний функции распределения как раз и приводит к возможности возникновения зховых эффектов в плазме. Действительно, при возбуждении в плазме макроскопических колебаний электрического поля через промежуток времени, большой по сравнению с характерным временем затухания (определяемым затуханием Ландау), взаимодействием указанных колебаний практически можно пренебречь. Однако нелинейное взаимодействие незатухающих колебаний функции распределения (возникающих одновременно с возбуждением колебаний электрического поля) оказывается весьма существенным и может приводить к возникновению вторичных макроскопических колебаний электрического поля — зховых колебаний. Время возникновения и форма зховых колебаний в бесстолкновительной плазме определяются временем задерж- ки внешних возмущений, характером этих возмущений и природой возникающих эховых колебаний. Так как эхо в плазме представляет собой существенно нелинейный эффект, то кроме эховых колебаний второго порядка возможны зховые колебания и болеее высоких порядков. В плазме возможно также пространственное эхо. Если колебания электрического поля с некоторыми частотами непрерывно возбуждаются в плазме в двух точках на расстоянии, большом по сравнению с длиной затухания колебаний, то в определенных местах в плазме возникают эховые колебания с комбинационными частотами.