Особенности взаимодействия электромагнитных волн и пучков

УДК 533.9(06) Физика плазмы
Г.В. ГАХ, Н.С. ЕРОХИН1
Российский университет дружбы народов, Москва
космических исследований РАН, Москва
1Институт
ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С КИРАЛЬНОЙ ПЛАЗМОЙ
Рассмотрены особенности взаимодействия электромагнитных волн с киральной плазмой включая взаимное расположение областей распространения, непрозрачности, слоев плазменного резонанса и трансформации мод в неоднородной
плазме, а также пучковая неустойчивость в киральной плазме.
В последние годы большое внимание уделяется исследованию распространения электромагнитных волн в так называемых киральных средах,
поскольку киральность может существенно влиять на электродинамические характеристики среды, в частности, возникают линейная связь ТЕ и
ТМ мод, вращение плоскости поляризации волн, меняются процессы рассеяния и генерации волн и т.д. [1, 2]. В настоящей работе рассмотрены
влияние киральности на взаимодействие электромагнитных волн с неоднородной плазмоподобной средой, а также неустойчивость проходящего
через киральную плазму пучка заряженных частиц. Примером такой среды может быть пылевая плазма в случае, когда микрочастицы пыли являются киральными обьектами типа электрических и магнитных диполей,
характерный размер которых весьма мал в сравнении с длиной распространяющейся волны. Для бездиссипативной, обратимой, изотропной киральной плазмы между полями E, H и индукциями D, B имеются следующие связи D=E+iB, H=iE+B, здесь  - диэлектрическая проницаемость,  - параметр киральности, который положителен (отрицателен) в
случае право-вращающей (лево-вращающей), E, H, D, Bexp(-it),  частота волны.
Изменение связи между полями E, H и индукциями D, B приводит к
принципиальным эффектам во взаимодействии электромагнитных волн с
неоднородной плазмоподобной средой. В частности, в отличие от работ
[3, 4] распространение волн в киральной плоскослоистой плазме описывается системой из двух связанных дифференциальных уравнений второго
порядка, коэффициенты которой сингулярны в точке плазменного резонанса, а нормальными модами колебаний являются гибридные волны,
представляющие собой суперпозицию ТЕ и ТМ волн, связь между которыми пропорциональна параметру киральности. Благодаря киральности
108
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
УДК 533.9(06) Физика плазмы
фазовая скорость медленной моды может быть меньше скорости света в
вакууме.
Киральность влияет на взаимное расположение точек плазменного резонанса, отражения и трансформации волн. Для быстрой моды, распространяющейся наклонно к направлению неоднородности плазмы, отражение всегда происходит в области  > 0, в то время как медленная мода при
малых углах падения может распространяться в закритическую плазму,
где  < 0. Точка трансформации мод всегда расположена в закритической
плазме.
Изучены асимптотики полей в слое резонанса   0, где поле медленной моды оказывается вполне регулярным, и эта мода проходит через
слой резонанса в киральной плазме без отражения, поглощения и трансформации в быструю моду. Для быстрой гибридной моды характер особенности не зависит от коэффициента киральности, но компоненты магнитного поля имеют особенность в точке резонанса.
Проведен анализ пучковой неустойчивости в однородной киральной
плазме. Для поперечных волн с kE = 0 пучковая неустойчивость не реализуется, в плазме существуют три устойчивых ветви колебаний, выполнен
анализ их дисперсионных характеристик. Показано, что пучковая неустойчивость развивается для волн со сложной трехмерной структурой
полей (продольно-поперечные колебания), однако инкремент неустойчивости не зависит от параметра киральности. Можно ожидать, что при
наложении внешнего магнитного поля пучковая неустойчивость реализуется и для поперечных волн.
Список литературы
1. Bassiri S. Recent Advances in Electromagnetic Theory / Ed. by Kritikos H.N.&Jaggard D.L.
Springer-Verlag. N.Y. 1990. Part 1.
2. Неганов В.А., Осипов О.В. Отражение электромагнитных волн от плоских киральных
структур // Известия ВУЗов, Сер. Радиофизика. 1999. Т.42. Вып.9. С.870-878.
3. Голант В.Е., Пилия А.Д. Линейная трансформация и поглощение волн в плазме //
УФН. 1971. Т.104. Вып.3. С.413-457.
4. Kopecky V., Preinhaelter J. Linear Mode Conversion in an Inhomogeneous Plasma //
Rozpravy Ceskoslovenske Akademie VED. Praha. 1983. Р.98.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
109