ВЗАИМОДЕ́ЙСТВИЕ ЧАСТИ́Ц С ВО́ЛНАМИ

ВЗАИМОДЕ́ЙСТВИЕ ЧАСТИ́Ц С ВОЛ­НА­МИ, взаи­мо­дей­ст­вие за­ря­жен­ных ча­стиц плаз­мы с соз­да­ва­е­мы­ми ими элек­тро­маг­нит­ны­ми вол­на­ми (по­ля­ми). Ха­рак­тер­но для раз­ре­жен­ной вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы, в от­ли­чие от жид­ко­сти или га­за, где взаи­мо­дей­ст­ву­ют толь­ко час­ти­цы с час­ти­ца­ми. Си­ла ку­ло­нов­ско­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду за­ря­жен­ны­ми час­ти­ца­ми умень­ша­ет­ся с рас­стоя­ни­ем $r$ ме­ж­ду ни­ми по сте­пен­но­му за­ко­ну $∼ 1/r^2$. По­это­му в плаз­ме за­ря­жен­ные час­ти­цы взаи­мо­дей­ст­ву­ют не толь­ко с бли­жай­ши­ми со­се­дя­ми, но и с час­ти­ца­ми, уда­лён­ны­ми на боль­шие рас­стоя­ния. Это об­стоя­тель­ст­во, как по­ка­зал А. А. Вла­сов, спо­соб­ст­ву­ет по­яв­ле­нию кол­лек­тив­ных сте­пе­ней сво­бо­ды, при воз­бу­ж­де­нии ко­то­рых час­ти­цы дви­жут­ся со­гла­со­ван­но и син­хрон­но (са­мо­со­гла­со­ван­ные ко­ле­ба­ния плаз­мы), соз­да­вая кол­лек­тив­ные элек­тро­маг­нит­ные по­ля. Од­на­ко на боль­ших рас­стоя­ни­ях ку­ло­нов­ское взаи­мо­дей­ст­вие срав­ни­тель­но сла­бое – за­ря­жен­ные час­ти­цы дви­жут­ся поч­ти сво­бод­но, не стал­ки­ва­ясь с др. час­ти­ца­ми. В ре­зуль­та­те, ес­ли темп-ра плаз­мы не слиш­ком низ­ка, в ней со­су­ще­ст­ву­ют взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц с ин­ди­ви­ду­аль­ны­ми и кол­лек­тив­ны­ми по­ля­ми. Осо­бен­но эф­фек­тив­но взаи­мо­дей­ст­вие час­ти­цы с кол­лек­тив­ны­ми элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми, ко­гда за­ря­жен­ная час­ти­ца по­па­да­ет в ре­зо­нанс с са­мо­со­гла­со­ван­ны­ми ко­ле­ба­ния­ми, фа­за ко­то­рых на тра­ек­то­рии час­ти­цы не ме­ня­ет­ся. В от­сут­ст­вие внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц в вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной бес­столк­но­ви­тель­ной плаз­ме близ­ко к рав­но­мер­но­му. В этом слу­чае при сов­па­де­нии фа­зо­вой ско­ро­сти са­мо­со­гла­со­ван­ных ко­ле­ба­ний со ско­ро­стью час­ти­цы на­сту­па­ет че­рен­ков­ский ре­зо­нанс. При ко­ле­ба­ни­ях тер­ми­че­ски рав­но­вес­ной плаз­мы с мак­свел­лов­ским рас­пре­де­ле­ни­ем за­ря­жен­ных час­тиц по скоро­стям в ре­зуль­та­те ре­зо­нанс­но­го взаи­мо­дей­ст­вия энер­гия кол­лек­тив­ных по­лей пе­ре­да­ёт­ся час­ти­цам. Это ве­дёт к за­ту­ха­нию са­мо­со­гла­со­ван­ных ко­ле­ба­ний (Лан­дау за­ту­ха­ние).

В маг­нит­ном по­ле за­ря­жен­ные час­ти­цы дви­жут­ся по вин­то­вым тра­ек­то­ри­ям – сво­бод­но вдоль маг­нит­но­го по­ля и вра­ща­ясь по цик­ло­трон­ным ок­руж­но­стям в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии. Ес­ли цик­ло­трон­ная час­то­та час­ти­цы сов­па­да­ет с час­то­той кол­лек­тив­ных элек­тро­маг­нит­ных по­лей, го­во­рят о цик­ло­трон­ном ре­зо­нан­се. Вра­щаю­щая­ся по цик­ло­трон­ным ок­руж­но­стям за­ря­жен­ная час­ти­ца из­лу­ча­ет элек­тро­маг­нит­ные вол­ны. Ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния рав­но­вес­ной не­про­зрач­ной плаз­мы про­пор­цио­наль­на её темп-ре, по­это­му дан­ные о цик­ло­трон­ном из­лу­че­нии по­зво­ля­ют су­дить о темп-ре плаз­мы. При тер­мо­ядер­ной темп-ре (ког­да воз­мож­ны тер­моя­дер­ные ре­ак­ции, $\geqslant $ 10⁸ К) по­те­ри на цик­ло­трон­ное из­лу­че­ние весь­ма су­ще­ст­вен­ны.

Ес­ли плаз­ма тер­мо­ди­на­ми­че­ски не­рав­но­вес­на, то при ре­зо­нан­се (и цик­ло­трон­ном, и че­рен­ков­ском) энер­гия час­тиц мо­жет пе­ре­хо­дить в кол­лек­тив­ные ко­ле­ба­ния плаз­мы, что ве­дёт к их рас­кач­ке и воз­ник­но­ве­нию не­ус­той­чи­во­стей. Рас­кач­ка элек­тро­маг­нит­ных волн пуч­ком элек­тро­нов в маг­нит­ном по­ле ис­поль­зу­ет­ся в мощ­ных ге­не­ра­то­рах ко­рот­ко­вол­но­во­го из­лу­че­ния (сан­ти­мет­ро­во­го и мил­ли­мет­ро­во­го диа­па­зо­нов) – ги­ро­тро­нах, ко­то­рые ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в тер­мо­ядер­ном экс­пе­ри­мен­те. Их из­лу­че­ние вво­дит­ся в плаз­му и, по­гло­ща­ясь в ус­ло­ви­ях элек­трон­но­го цик­ло­трон­но­го ре­зо­нан­са, на­гре­ва­ет плаз­му. Т. к. элек­тро­маг­нит­ные вол­ны не­сут и энер­гию, и им­пульс, при их по­гло­ще­нии мо­жет воз­ни­кать на­прав­лен­ное дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц – элек­трич. ток. Т. о. мож­но под­дер­жи­вать элек­трич. ток в замк­ну­тых сис­те­мах удер­жа­ния плаз­мы.

Элек­тро­маг­нит­ные вол­ны бо­лее низ­кой час­то­ты, для ко­то­рых вы­пол­ня­ет­ся ус­ло­вие цик­ло­трон­но­го ре­зо­нан­са с ио­на­ми, так­же при­ме­ня­ют­ся для на­гре­ва плаз­мы. Ес­ли ион­ная ком­по­нен­та плаз­мы пред­став­ля­ет со­бой смесь ио­нов не­сколь­ких сор­тов с разл. зна­че­ния­ми за­ря­да или мас­сы, то, под­би­рая час­то­ту вол­ны, мож­но на­греть ио­ны оп­ре­де­лён­но­го сор­та, а за­тем вы­де­лить их из плаз­мы. Так мож­но раз­де­лить разл. хи­мич. эле­мен­ты или изо­то­пы од­но­го эле­мен­та. Вол­ны дос­та­точ­но боль­шой ам­пли­ту­ды мо­гут ус­ко­рять за­ря­жен­ные час­ти­цы, за­хва­ты­вая их и за­став­ляя дви­гать­ся вме­сте с вол­ной.