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相似文献
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1.
顾旭东  赵正予  倪彬彬  王翔  邓峰 《物理学报》2008,57(10):6673-6682
地球内、外辐射带电子通量的变化对于空间飞行器,尤其是中低轨卫星的防护有着非常重要的影响.基于回旋共振波粒相互作用的准线性理论,使用地基高频发射器发射电波调制低电离层背景电流可以人工激励ELF/VLF波,这些波能使辐射带相对论电子发生抛射角散射沉降进入大气层从而降低其生存期.为了定量地分析人工激励ELF/VLF波散射辐射带高能粒子的可行性,针对内、外辐射带,本文选取了两个典型区域:L=4.6和L=1.5.数值计算结果表明,在内、外辐射带由于ELF/VLF波的人工注入而造成的高能电子损失时间尺度很大程度上取决于冷等离子体参量α*(∝B2/N0,这里B是背景磁场,N0是电子数密度)、电波频谱特性和功率,以及与波发生回旋共振的电子能量.一般来讲,在外辐射带人工ELF/VLF哨声波散射相对论电子使之沉降到大气层要容易得多;低能量的高能电子(200keV)要比高能量的相对论电子(500keV)更有效地通过抛射角散射进入大气层.考虑到高频电波加热电离层激励的ELF/VLF波可能会被捕获在磁层空腔中,来回反射从而得到增强,因此在适当的条件下,地基高频加热装置发射足够的电波功率进入电离层诱导大幅度ELF/VLF波注入到内磁层,能够在1至3天的时间尺度内快速散射外辐射带相对论电子使之沉降,也能够在10天量级的时间尺度里散射生存周期一般为100天甚至更长的内辐射带相对论电子. 关键词: 地基高频加热电离层 ELF/VLF波激励 高能电子散射和沉降 共振波粒相互作用  相似文献   

2.
罗旭东  牛胜利  左应红 《物理学报》2015,64(6):69401-069401
辐射带中高能电子与空间甚低频电磁波由于波粒共振相互作用发生投掷角散射, 进而沉降入稠密大气而损失. 为研究甚低频电磁波对辐射带中高能电子的散射作用机制, 本文基于准线性扩散理论, 利用库仑作用和波粒共振相互作用扩散系数的物理模型, 得到了两组典型甚低频电磁波与高能电子波粒共振相互作用的赤道投掷角弹跳周期平均扩散系数, 并分析了甚低频电磁波共振散射作用与大气库仑散射作用对不同磁壳及不同能量的辐射带电子扩散损失的影响规律. 以磁壳参数L=2.2, 能量E=0.5 MeV的辐射带电子作为算例, 采用有限差分方法数值求解扩散方程, 计算分析了电子单向通量和全向通量随时间的沉降损失演化规律. 研究结果表明: 当电子能量大于0.5 MeV, 磁壳参数大于1.6时, 甚低频电磁波的共振散射作用显著; 随着磁壳参数或电子能量的增大, 斜传播甚低频电磁波引起的高阶共振相互作用越来越大; 电子全向通量近似随时间呈指数函数形式衰减.  相似文献   

3.
地基人工VLF 电波对辐射带电子的调制   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
辐射带电子的加速与沉降机理是空间物理研究的重要课题.法国DEMETER电磁卫星观测到了美国NPM发射站VLF信号及与之相关的高能电子沉降事例.本研究工作将根据基于回旋共振相互作用的准线性扩散理论,通过对局域投掷角扩散系数的计算,来说明受VLF影响的高能电子的投掷角分布与电子的能量及所处位置的关系.理论计算较好地解释了DEMETER卫星在NPM实验期间所观测到的电子沉降事例.在此基础上进一步讨论了通过人工方式对辐射带高能电子施加影响的效率问题. 关键词: 回旋共振 投掷角散射 电子沉降  相似文献   

4.
低纬电离层人工调制所激发的ELF波射线追踪   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
汪枫  赵正予  常珊珊  倪彬彬  顾旭东 《物理学报》2012,61(19):199401-199401
通过大功率极低频(ELF)/甚低频(VLF)高频调幅波能有效地扰动低电离层电流, 形成等效的ELF/VLF电离层虚拟天线,辐射ELF/VLF波, 所辐射出的低频信号能够传播进入到磁层,对其传播特性的研究对于理解辐射带高能电子沉降具有重要意义.本文基于磁层射线追踪理论,通过数值模拟得到在低纬地区所激发出的ELF波在磁层中的射线路径,并对其特征进行分析.数值模拟结果表明, 从低纬激发的ELF波在南北半球来回弹跳,并逐渐传播到更远处,对于不同频率的ELF波, 频率越高,传播距离越近,频率越低,传播距离越远,在传播过程中, ELF波会逐渐倾向于在一个固定的磁层区域附近来回反射,在此过程中波法向角也逐渐变为90°,射线方向倾向于沿着背景磁场方向传播.  相似文献   

5.
研究已经证实,地面电磁波进入电离层与高能粒子发生波粒相互作用,通过改变其投掷角、动量等发生扩散,导致粒子沉降,进而形成粒子暴.近几十年来,从卫星观测到很多电离层中的粒子暴与地震有关系.本文利用波粒回旋共振耦合理论,结合低轨卫星的观测范围,研究场向电磁波的准线性投掷角扩散系数分布与VLF电磁波频率、带宽、电子能量(0.1—50 MeV)、磁壳层(L=1.1—3)等特征物理量的关系,并研究在某个确定的投掷角条件下,电磁波频率与其所引发的电子沉降对应的最小耦合能量的关系.利用这些物理量之间的关系,为卫星观测的高能粒子沉降事例提供理论解释,为从卫星高能粒子探测中提取与地震相关的信息提供理论支持,也为我国计划2016年底将发射的电磁监测试验卫星的数据分析奠定基础.  相似文献   

6.
倪彬彬  赵正予  顾旭东  汪枫 《物理学报》2008,57(12):7937-7949
基于高斯分布的哨声波谱密度分布、偶极子背景磁场模型以及建立在卫星观测数据基础上的半经验电子密度纬度分布模型,对于等离子体层顶以外区域(4≤L≤7),计算了准线性当地及弹跳平均电子共振扩散系数,并估算了与磁层哨声波回旋共振导致的辐射带电子损失及加速时间尺度.结果表明,波粒共振相互作用区域取决于电子能量、波谱分布、电子赤道抛射角以及当地电子密度及背景磁场.哨声波共振频率除了与以上5个参量有关外,还与地磁纬度有关.赤道哨声波主要影响较低能量辐射带电子的加速,中高纬度哨声波主要作用于较高能量辐射带电 关键词: 共振波粒相互作用 地球辐射带 哨声波 回旋共振加速及散射沉降  相似文献   

7.
为能准确地模拟内辐射带中哨声波对高能电子扩散损失的影响,基于内辐射带AKEBONO哨声波参数统计模型,及随纬度分布的背景冷等离子体密度模型,对引起电子扩散损失的大气分子,空间等离子体嘶声、闪电激发的哨声、人工激发的甚低频三类哨声波,利用准线性扩散理论,计算1.4≤ L≤2.0区域的不同能量电子,受到库仑碰撞和波粒回旋共振相互作用的弹跳周期平均赤道投掷角扩散系数,分析不同作用机制、不同类哨声波、不同能量、不同磁壳参数等对辐射带高能电子扩散损失的影响.结果表明:在赤道面损失锥角附近,高能电子主要受到库仑碰撞作用而扩散;在赤道投掷角接近90°附近区域,等离子体嘶声和闪电激发的哨声是引起扩散的主要因素;内辐射带电子主要受到甚低频电磁波波粒回旋共振扩散影响;扩散系数对高能电子能量及其所处磁壳参数比较敏感,通常,高能电子的能量或所处磁壳参数越大,扩散系数越大.  相似文献   

8.
基于高电离层质动力非线性加热理论,引入差频双波束概念,建立双频双波束加热电离层激发甚低频/极低频(VLF/ELF)辐射理论仿真模型,通过对已有实验参数进行仿真计算,验证了模型的正确性.据此模型,全面分析了不同纬度、有效辐射功率、加热频率、极化模式、频率差、实验时段等对激发VLF/ELF辐射强度的影响,并对比分析了中低纬度地区双频双波束和幅度调制两种方法激发VLF/ELF信号的差异.分析结果表明:VLF/ELF辐射效果随着地磁倾角的增加而增强,随着系统有效辐射功率的增大而增强;X波模式优于O波模式;实验时段冬季最好,夜晚优于白天;加热频率和频率差存在最优值选取问题.对于背景自然电流较弱的中低纬度地区,相对现有幅度调制方法,利用双频双波束方法激发VLF/ELF辐射更加有效,两者相差10 d B以上.  相似文献   

9.
郝书吉  李清亮  杨巨涛  吴振森 《物理学报》2013,62(22):229402-229402
通过低电离层调制加热能够产生极低频/甚低频(ELF/VLF)波. 基于调制加热理论, 并引入相控阵天线思想, 建立了通过双波束幅度调制模式(DAM)和圆形几何调制模式(CGM)产生ELF/VLF波的定向辐射模型, 并通过与实验数据的对比验证了模型的正确性. 据此模型, 采用HARRP加热阵参数, 对比分析了上述两种定向辐射模式与常规幅度调制模式(AM)之间的特性差异, 并研究了调制频率(fELF/VLF)和加热波束与垂直方向倾角(ψ)对各模式的影响. 结果表明: 相对AM模式, 通过合理设置初始相位、fELF/VLFψ, DAM 模式和CGM模式在实现ELF/VLF信号定向辐射的同时还可以提高其辐射强度, 相对AM模式, CGM模式信号强度最大提高约11.3 dB. 关键词: 定向辐射 双波束幅度调制 圆形几何调制  相似文献   

10.
高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
顾旭东  赵正予  倪彬彬  汪枫 《物理学报》2009,58(8):5871-5878
基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词: 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量  相似文献   

11.
In this short communication, we have evaluated the effect of thermal velocity of the plasma particles on the energy of resonantly interacting energetic electrons with the propagating whistler mode waves as a function of wave frequency and L-value for the normal and disturbed magnetospheric conditions. During the disturbed conditions when the magnetosphere is depleted in electron density, the resonance energy of the electron enhances by an order of magnitude at higher latitudes, whereas the effect is small at low latitudes. An attempt is made to explain the enhanced wave activity observed during magnetic storm periods.  相似文献   

12.
We study the mechanisms of the formation of falling tones in the dynamic spectrum of whistler-mode waves generated by energetic electrons in the Earth’s magnetosphere when the backward-wave oscillator (BWO) regime is realized in the magnetospheric cyclotron maser. As was shown earlier, this regime allows one to explain many features of ELF/VLF chorus emissions in the magnetosphere, in particular, the generation of elements with discrete frequency spectrum, characterized by a large growth rate and a fast frequency drift. On the basis of numerical simulations of a simplified system of nonlinear equations describing the magnetospheric BWO dynamics under the assumption of small efficiency of wave-particle interactions we show that the falling tones are generated in the case where the generation region is shifted from the equatorial plane (geomagnetic-field minimum) upstream with respect to the motion of energetic electrons. In this case, the resonant electrons move towards the decreasing magnetic field in the process of generation; hence, their longitudinal velocity increases, which corresponds to a decrease in the cyclotron-resonance frequency. Two mechanisms of the shift of the generation region from the equator are considered, i.e., (i) an increase in the linear instability growth rate (e. g., due to an increase in the energetic-electron density), and (ii) persistence of the phase bunching of the particles coming back to the generation region due to the bounce oscillations. We show that both of these mechanisms can result in the formation of falling tones, but the properties of the generated emissions such as the frequency drift rate and characteristic time interval between the elements are different. The conditions of preserving the phase bunching due to the bounce oscillations are discussed. Probably, this mechanism can operate in the case where the length of the generation region along the magnetic field is close to the characteristic bounce-oscillation length of energetic electrons which is realized for a sufficiently high cold-plasma density in the generation region.  相似文献   

13.
Due to their significant roles in the radiation belts dynamics, chorus waves are widely investigated in observations,experiments, and simulations. In this paper, numerical studies for the generation of chorus-like waves in a launching device,dipole research experiment(DREX), are carried out by a hybrid code. The DREX plasma is generated by electron cyclotron resonance(ECR), which leads to an intrinsic temperature anisotropy of energetic electrons. Thus the whistler instability can be excited in the device. We then investigate the effects of three parameters, i.e., the cold plasma density nc, the hot plasma density nh, and the parallel thermal velocity of energetic electrons, on the generation of chorus-like waves under the DREX design parameters. It is obtained that a larger temperature anisotropy is needed to excite chorus-like waves with a high nc with other parameters fixed. Then we fix the plasma density and parallel thermal velocity, while varying the hot plasma density. It is found that with the increase of nh, the spectrum of the generated waves changes from no chorus elements, to that with several chorus elements, and then further to broad-band hiss-like waves. Besides, different structures of choruslike waves, such as rising-tone and/or falling-tone structures, can be generated at different parallel thermal velocities in the DREX parameter range.  相似文献   

14.
R P Patel  R P Singh 《Pramana》2001,56(5):605-613
VLF emissions such as hiss, chorus, oscillating tones, hiss-triggered chorus and whistler triggered emissions have been observed at low latitude Indian stations. In this paper we present dynamic spectra of these emissions and discuss their various observed features. It is argued that most of the emissions are generated during Doppler shifted cyclotron resonance interaction between the whistler mode wave and counter streaming energetic electrons. Resonance energy of the participating electron and interaction length are evaluated to explain the generation mechanism of some of these emissions observed at Indian stations.  相似文献   

15.
The problem of electron acceleration by a localized,high frequency electric field has been further investigated by using single particle orbit computations and the resonant field. The computational results obtained can give a better explanation to the phenomena observed in experiments and in particle simulations,it indicates that,the Localized field occurring in resonant absorption behaves more Like a travelling wave, and the resonance of the field with electrons in the critical density region can account for the generation of energetic electrons.  相似文献   

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