Главная - Радиоастрономия - Механизмы ускорения заряженных частиц


Механизмы ускорения заряженных частиц
Наука - Радиоастрономия

Релятивистские электроны, создающие синхротронное излучение, могут иметь различное происхождение. По современным представлениям, в Галактике основными источниками релятивистских частиц являются остатки вспышек Сверхновых и пульсары. В первом приближении спектр галактических электронов можно оценить из спектра синхротронного радиоизлучения в Галактике, для которого средний спектральный индекс , отсюда g = 2.6. Это значение подтверждается прямыми измерениями спектра галактических электронов с космических аппаратов вблизи орбиты Земли: N(E) = 126E–2.62 частиц/(м2 с стерад ГэВ).

Ускорение заряженных частиц – один из видов кинетической неустойчивости плазмы. Кратко рассмотрим некоторые механизмы.

1. Механизм Ферми.

а) Взаимодействие между частицей и межзвездными облаками, которые движутся вместе с вмороженными магнитными полями (магнитная бутылка, рис. 5.2). Пробки сближаются со скоростью U << v||, v|| – компонента скорости . За одно столкновение частица приобретает скорость 2U, число столкновений в единицу времени , L – расстояние между пробками.

С ростом v|| уменьшается питч-угол c, и частица выходит из ловушки.

б) Статистический механизм ускорения (при хаотическом движении частицы между облаками). При встречных столкновениях с облаками энергия частицы возрастает, при догоняющих – уменьшается. Относительная скорость при встречных столкновениях выше, поэтому и число таких столкновений больше. Газ тяжелых облаков находится в равновесии с газом частиц. Направление процесса должно вести к установлению равнораспределения энергии между облаками и частицами. Роль магнитного поля сводится к отражению частиц от облаков.

2. Ускорение ударными волнами происходит в ионизованной среде с вмороженным магнитным полем. Считаем, что направление магнитного поля  параллельно плоскости фронта. Величины в среде перед фронтом обозначим индексом 1 , а за фронтом – индексом 2 . Заряженная частица, движущаяся в невозмущенной среде 1, отражается от намагниченного фронта волны и приобретает импульс, как при встречном столкновении с зеркалом. Кроме того, частица испытывает дрейф в электрическом поле , наведенном при движении ударной волны со скоростью  в плазме (рис. 5.3). Траектория частицы может многократно пересекать фронт. За счет сохранения адиабатического инварианта

,                                       (5.2)

энергия частицы  в среднем возрастает пропорционально индукции магнитного поля B. Здесь p1^, p2^ – перпендикулярная к магнитному полю составляющая импульса частицы в области перед фронтом и за фронтом соответственно. В случае сильной ударной волны магнитная индукция увеличивается примерно в четыре раза, поэтому при нескольких прохождениях фронта частица может набрать значительную энергию.

3. Ускорение плазменными волнами (ленгмюровскими, радиоволнами, альвеновскими и звуковыми) [34]. По современной теории ускорение частиц может происходить в плазменных котлах . Плазменный котел (или плазменный реактор) – плазменная область с развитой турбулентностью, запертым излучением и большим количеством также запертых релятивистских частиц. Котел должен обладать источником энергии. Вопросы об энергетике котла и удержании плазмы в нем не обсуждаются, так же как и вопрос о конкретной физической природе котла. Это может быть область солнечной вспышки, остаток вспышки Сверхновой, магнитосфера пульсара, ядро активной галактики или квазара. Диссипация энергии в плазменном турбулентном котле сопровождается ускорением частиц и формированием спектра релятивистских электронов. Теория показывает, что в котле формируется степенное распределение частиц по энергиям. Ускоренные частицы выходят из котла либо путем диффузии, либо при взрывах котла, связанных с его перегревом. В зависимости от физических процессов, преобладающих в плазменном реакторе, выделяют два типа реакторов: синхротронный и комптоновский. В синхротронном котле при взаимодействии излучения с частицами преобладают процессы синхротронного излучения и поглощения, а в комптоновском — прямое и обратное комптоновское рассеяние. Синхротронный механизм дает g = 0.93, а в случае комптоновского котла g=3. В реальном плазменном котле оба вида процессов могут сочетаться в разных пропорциях. Показатель спектра галактических электронов g = 2.62 указывает, что котлы, в которых приготовлены релятивистские электроны Галактики, по своим свойствам ближе к комптоновскому типу.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Планеты соседи:

Нептун. Общие сведения

News image

Нептун - восьмая по счету планета Солнечной системы. Средняя удаленность Не...

Марс. Атмосфера

News image

Планета окутана газовой оболочкой - атмосферой, которая имеет меньшую плотность, че...

Открытие спутника

News image

22 июня 1978 г. Дж. У. Кристи из Морской обсерватории в ...

Строение Солнца

News image

ЯДРО - где температура в центре равна 27 м...

В космосе...

Мой взгляд на космические журналы. Космонавт У Цзе о «Н

News image

Уже достаточно давно у меня сформировалось определенное отношение к космическим журналам. В 1997 г. я приехал учиться в российский Центр по...

Следы недавних вулканических извержений на Меркурии

News image

Астрономы обнаружили очередные доказательства недавнего вулканического прошлого Меркурия. Свои результаты они представили на съезде Американского геологического общества в Портленде, а кр...

Экипаж экспедиции на МКС выполнил его главную задачу

News image

Экипаж 17-й экспедиции на МКС - российские космонавты Сергей Волков и Олег Кононенко, совершающие первый в жизни выход в открытый ко...

Ученые объясняют красный цвет Марса сильными ветрами

News image

Ученые предложили новую гипотезу, объясняющую красный цвет Марса. По мнению исследователей, поверхность планеты приобрела характерный цвет из-за сильных ветров. О св...

Авторизация



Новости космонавтики:

Каркасный дом

News image

Каркасная технология строительства домов считается самой подходящей для климатических условий нашей страны, она станет обеспечивать замечательный тепловой комфорт, и в комнатах будет присутствовать благоприятная ...

Купить игровую мышь: рекомендации экспер

News image

Регулярная работа за ноутбуком имеет кучу своих плюсов. Однако существуют и недостатки, так как, например, транспортировка его держа в руках – далеко не всегда хорошая ...

Шпунт л 5 (технические характеристики, Г

News image

Фактически за все время своего существования человек что-то строил. С каждым днем разрабатываются новые технологии строительства зданий и конструкций самых различных масштабов.  Работа экспертов на ...

Выбрать и купить шарико винтовую пару ил

News image

Практически каждый директор предприятия обязательно должен иметь на вооружении мелкий или крупный набор деталей для производственных машин. Это могут быть как детали или механизмы для ...