Экспериментальные исследования флуктуаций магнитного поля

УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
Г.Л. ГДАЛЕВИЧ1, О.В. ЛАПШИНОВА2, В.Д. ОЗЕРОВ1,
И.В. СОРОКИН2
1Институт
2РКК
космических исследований РАН, Москва
“Энергия” им. С.П. Королев, Королев
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ФЛУКТУАЦИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
НА РОССИЙСКОМ СЕГМЕНТЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ
КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
Измерение магнитных и электрических полей в ионосфере Земли, свободное от
помех, создаваемых собственными излучениями и электромагнитными полями
космического аппарата (КА), представляет интерес для исследований ионосферной
плазмы. В этом отношении могут быть использованы импульсные потоки заряженных частиц, инжектированных в ионосферную плазму бортовым источником
электронов и ионов.
В космическом эксперименте по исследованию электромагнитных полей используется бортовой инжектор, испускающий в направлении, перпендикулярном измеряемой магнитной индукции B, импульсный пучок
ионов, движущихся в космическом пространстве по ларморовской орбите,
значительно удаленной в своей основной части от шумов космического
аппарата, и в конце своего пути попадающих в детектор, установленный
на том же КА. Измерению подлежит время t L этого пути. Искомые величины магнитных полей вычисляются исходя из известной формулы для
времени ларморовского оборота tL = 2πm /(eB).
Этот метод содержит ряд трудностей, связанных с необходимостью
учета смещения КА за время движения ионов, а также учета влияния градиентов полей на форму траектории пучка, приводящее к смещению зоны
прихода возвратного пучка по отношению к зоне расположения детектора.
Эти обстоятельства могут привести к потере пучка. Однако, использование наряду с ионным пучком, время ларморовского оборота которого является достаточно большим для заметного влияния указанных факторов
(порядка 1мс), электронного пучка со временем оборота порядка 1мкс,
позволит с помощью сканирующей системы экспериментально установить
направление движения пучков, соответствующих питч-углу (углу между
направлением инжекции и вектором индукции магнитного поля Земли),
равному 90 градусов (по максимуму тока на детектор). Регистрация смещения ионного пучка относительно расчетной траектории движения в
магнитном поле Земли даст информацию о величине электрического поля
545-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
ISBN
УДК 521(06) Астрофизика и космофизика
в ионосфере. Например, постоянная составляющая Еzo электрического
поля вдоль вектора индукции квазипостоянного магнитного поля Земли Вр
вычисляется как Ezo = (1/π) VL Bp
- угол между
направлениями инжекции электронов nе и ионов nй, при которых достигается максимум интенсивности на детектор. В работе [1] приводится процедура измерения и других составляющих электрического поля, включая
переменную составляющую.
В качестве инжекторов ионов для решения задач КЭ предлагается использовать импульсные нейтронные генераторы ВНИИА, у которых
нейтронообразующая мишень заменена выходным отверстием, закрытым
сеткой, находящейся под нулевым потенциалом.
Достоинствами инжектора являются простота конструкции, чистота
рабочего тела – газа, содержащегося в электродах в связанном состоянии,
создание значительных импульсных потоков заряженных частиц с током в
импульсе до десятков ампер и энергией частиц более 100 кэВ, возможность генерации как положительно, так и отрицательно заряженных частиц в зависимости от полярности ускоряющего напряжения. К нежелательным особенностям – относительно низкий ресурс работы и пониженная стабильность ионного потока, связанные с физическими свойствами
дугового разряда.
При этом угол разлета ионов дейтерия или электронов - не более 16о;
длительность импульсов - от 3 до 10 мкс; радиус ларморовского оборота –
более 3 км, частота повторения импульсов - от 10 до 100 за 1 сек.
Для детектирования пучков используются ионные ловушки с переменным напряжением на сетках. Диаметр входного окна - 45 мм; диапазон
регистрируемых частиц за импульс от 102 до 109; детекторы защищены от
ионов и электронов ионосферной плазмы; работают в режиме регистрации
ионов и электронов; длительность принимаемых детекторами импульсов –
от 10 мс до 200 мс;
Кроме детекторов в комплекс аппаратуры входит блок измерения времени с регистратором входных и выходных импульсов.
1.
Список литературы
Галеев А.А., Гдалевич Г.Л., Ковражкин Р.А., Озеров В.Д. и др. // Прецизионные
измерения космических электрических и магнитных полей с целью исследования
планет Солнечной системы при помощи ускорителя ионов и электронов на основе
генератора ВНИИА. Сборник материалов межотраслевой научно-технической
конференции “Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе”,
26-30 мая 2003г.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
55