Т.А. СЕМЕНОВА, В.Ф. ФЕДО- РОВ КОГЕРЕНТНЫЙ МИКРО-

УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
Т.А. СЕМЕНОВА, В.Ф. ФЕДОРОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
КОГЕРЕНТНЫЙ МИКРОВОЛНОВЫЙ ИМПУЛЬС
ДВОЙНОГО ВОЗДУШНОГО
ВЗРЫВА
Рассмотрен механизм генерации когерентного микроволнового импульса
при мощном двойном взрыве в нижней
атмосфере. Получена оценка антенной
температуры источника.
Схема расположения
при двойном взрыве
источников
При постановке задачи обнаружения и идентификации источников
гамма-квантов по микроволновому излучению (МКИ) с помощью современных радиометров необходимо исследование разнообразных механизмов генерации МКИ. В этой работе мы обсуждаем один из возможных
механизмов, приводящий к генерации когерентного импульса при двойном взрыве.
Рассмотрим физические процессы, происходящие в непосредственной
близости от двойного источника гамма-квантов (см. рисунок). Радиус
фронта ударной волны первого источника S1, (радиус области повышенной ионизации) на высотах около 1 км составляет приблизительно
rfr  10 м. Предположим, что второй источник S2 той же энергии возник с
задержкой по времени вблизи первого на расстоянии порядка длины пробега гамма-квантов (  300 м >> rfr), т.е. в области частичной ионизации.
При рассеянии в атмосфере гамма-квантов первого источника возникают комптоновские электроны отдачи, разлетающиеся преимущественно
в радиальных направлениях. В образую-щемся радиальном электрическом
поле разделения зарядов создается ток проводимости j , направленный
навстречу току комптоновских электронов. При численном решении
уравнений Максвелла совместно с кинетическими уравнениями трехкомпонентной проводящей плазмы получаем, что величина поля на расстояниях r   может достигать значений Е  70 кВ/м при полном выходе
76
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 5
УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
числа гамма-квантов N  1021. Этот результат согласуется с данными работы [1].
Второй источник S2 создает в области частичной ионизации, образованной источником S1, сферическую волну ионизации радиуса Ri (t), за
фронтом которой проводимость газа бесконечно велика. При распространении волны ионизации по ее фронту течет ток, перераспределяющий
заряды. Распределение зарядов условно изображено на рисунке.
Когерентный импульс МКИ возбуждается в момент второго взрыва,
когда Ri <<  . Оценим величину импульса: примем Е  5  104 В/м
(напряженность радиального поля источника S1), Ri  10 м и длительность
импульса i  10-7 с. Направим ось Z вдоль прямой, соединяющей центры
двух источников. Дипольный момент распределенных по поверхности
фронта зарядов pz  E  40 Ri3 . Характерный ток, возникающий при
расширении фронта волны ионизации, I  pz  2Ri   60 ERi D , где
D  Ri – скорость волны ионизации. В начальные моменты времени после
второго взрыва расширение его фронта происходит со скоростью, близкой
к скорости света D  108 м/с. При выбранных параметрах получаем ток
I  104 А.
Для оценки максимальной антенной температуры воспользуемся вы-
ражением из работы [2]: TA  4,3 1022 I 2 Seff
 r 2i 2  .
Пусть радиометр находится на расстоянии r  100 км от источника и
на длинах волн   3 см имеет эффективную площадь антенны
S eff  0,9 м2. Тогда максимальная антенная температура ТА  9  105 К и на
несколько порядков превышает чувствительность современных радиометров [3]. Таким образом, радиометр зарегистрирует мощный короткий
всплеск когерентного излучения в момент второго взрыва.
Список литературы
1. Виленская Г. Г., Медведев Ю. А., Федорович Г. В. и др. Электромагнитное поле, возбуждаемое в воздухе нестационарным источником гамма-излучения // ПМТФ. 1975. №3.
С.18.
2. Федоров В. Ф., Фролов Ю. А., Шишков П.О. Миллиметровое электромагнитное излучение возвратного удара молнии // ПМТФ. 2001. Т.42. №3. С. 9–14.
3. Горелик А. Г., Семенова Т. А., Соколов В.Б. и др. Радиометрическое исследование
импульсного микроволнового излучения // Инж. физика. 2002. №1. С.2–10.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 5
77