Linear transformation and absorption of waves in a Plasma

Abstract

Как известно, существуют два линейных механизма бесстолкнови-тельного поглощения волн в плазме -циклотронное затухание и зату-хание Ландау. Затухание Ландау существенно для волн, фазовая скорость которых близка к тепловой скорости заряженных частиц. В обычных условиях экспериментов по взаимодействию высокочастотных волн с плаз-мой этот критерий выполняется для так называемых плазменных волн, распространение которых возможно лишь при отличной от нуля темпе-ратуре (при стремлении температуры к нулю их показатель преломления обращается в бесконечность). Поэтому только плазменные волны могут эффективно поглощаться вне области циклотронных резонансов. В одно-родной плазме возбуждаемые извне электромагнитные волны не связаны с плазменными, они распространяются независимо друг от друга. Однако в реальной, неоднородной плазме может возникнуть связь между этими волнами, если в плазме имеется область, в которой показатели прелом-ления волн близки. В таких условиях происходит трансформация падаю-щей на плазму извне электромагнитной волны в плазменную волну, кото-рая эффективно поглощается. Таким образом, бесстолкновительное погло-щение высокочастотных волн в плазме в широком диапазоне условий (вне области циклотронных резонансов) связано с трансформацией волн. Трансформация существенно влияет также на излучение плазмы, посколь-ку плазменные волны не могут излучаться непосредственно.Интерес к процессу линейной трансформации волн в плазме впервые возник в связи с ионосферными и астрофизическими исследованиями. В последнее время этот интерес вновь усилился в связи с экспериментами по бесстолкновительному поглощению и излучению волн лабораторной плазмой и предложениями об использовании бесстолкновительного погло-щения для нагрева плазмы в магнитных ловушках. Работы последних лет привели к существенному развитию теории линейной трансформации волн и к установлению соответствия между этой теорией и экспериментами по поглощению волн плазмой. Изложение результатов этих работ и состав-ляет задачу настоящей статьи.

Penetration of high-frequency waves into a weakly inhomogeneous magnetized plasma at oblique incidence and their transformation to Bernstein modes

“…The basic problem connected with the high-frequency plasma heating is the efficiency of the high-frequency energy transfer from vacuum to a plasma. A number of papers has been devoted to the linear theory of this problem, most of them quoted in the survey by Golant & Pilia (1971). The earlier papers concerning the wave propagation in a cold plasma are compiled in the monographs by Budden (1961) and Ginzburg (1960).…”

Trapping of plasma waves in small-scale cylindrical irregularities

“…(5). Due to the energy conservation, this quantity must be equal to the decrease in the linear flux density S (−) p (4) of the plasma wave after the reflection:…”

“…According to [5], for ν → +0 , such an addition permits one to describe the absorption process of a cold Z mode due to the excitation of short plasma waves in the vicinity of the resonance points r = r R at which δN (r R ) = −∆N and ε 1 (N R ) = 0. In the case ν → −0, this addition corresponds to the excitation process of the Z mode as a result of radiation of the plasma wave in the resonance region.…”

Transformation of electromagnetic wave polarization by the resonance in a thin solid-plasma film

“…= L. The film is characterized by the dielectric tensor eij whose elements in accepted configuration have the following form [6] where bx = cos a, by = sin a cos,8, bz = = wiv, is the cyclotron frequency of carriers and the upper sign should be taken for exy, Eyz, Ezx as the lower sign being chosen for Eyx, Exz, Ezy . Condition of plasma resonance has the form [7] Therefore, we will neglect the small terms connected with collisions in all elements of the dielectric tensor excepting…”