15.18. НЕКОТОРЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Ниже приведен неполный обзор приложений электромагнитных кодов. Приводимая библиография не полна, однако она отражает разнообразие физических задач и численных моделей. Много дополнительных ссылок можно найти в цитируемых здесь статьях, некоторые работы цитируются в гл. 6 и 7. Не освещаются многие важные области, такие как ионосферная, межпланетная и астрофизическая плазма, лазеры на свободных электронах и коллективное ускорение. Прежде всего назовем несколько статей на различные темы, а затем некоторые вопросы обсудим подробнее.

Одним из первых применений электромагнитных кодов было исследование неустойчивости Вейбеля и связанной с ней филаментации электронного потока [Morse, Nielson, 1971; Dovidson et al., 1972; Lee, Lampe, 1973]. Сейчас эта задача хорошо решается при помощи неявных кодов [Brackbill, Forslund, 1982].

Диссипативные процессы в бесстолкновительных ударных волнах обсуждаются, например, в работах [Biskamp, Welter, 1972; Forslund, 1972]; неустойчивости свистов и ионных циклотронных волн — в работах [Hasegawa, Birdsall, 1964; Ossakow et al., 1972a, b] подавление потерь и ВЧ-нагрев при помощи низкочастотных радиоволн — в работе [Ohsawa et al., 1979].

Электронные потоки в микроволновых приборах являются заряженной плазмой. При помощи электромагнитных кодов моделировались магнетроны [Palevsky, 1980] и другие приборы [К. wan, 1984].

Бесстолкновительная тиринг-неустойчивость и связанный с ней перенос тепла исследовались в работах [Katanuma, 1981; Katanuma, Kamimura, 1980].

Взаимодействие интенсивного лазерного излучения с плазмой. Первоначально это направление разрабатывалось для поджига

термоядерной реакции при помощи очень больших потоков энергии, излучаемых мощными лазерами. Обычно плазма также создается лазером, и поэтому зависимость плотности и температуры плазмы от координат связана с интенсивностью и длиной волны лазерного излучения. Моделируется часть плазменной короны, включающая в себя область критической плотности (плотности, при которой плазменная частота равна, частоте лазера причем плотность может понижаться до нескольких процентов критической.

Сделаем некоторые замечания о единицах измерения: при использовании ZOHAR для задач взаимодействия лазерного излучения с плазмой мы полагали с, частоту лазера и равными единице. Это определяет систему единиц, для которой получаемые в процессе счета числа легко связать с физическими величинами. Поскольку в рационализованной системе СГС теперь плотность измеряется в единицах критической плотности. Равный единице потенциал означает т. е. Циклотронная частота т. е. единица означает что при длине волны равно примерно Заряд других сортов частиц выбирают так, чтобы получить правильный полный ток, а их массы находят из отношения Энергетические характеристики системы и прочие величины перед выводом на график делятся на т. е. результаты не изменяются при изменении а зависят только от физики процесса. В других группах приняты похожие соглашения, например электрическое поле в системе СГС нормализуется на

Вблизи критической плотности бесстолкновительное поглощение обусловлено в основном «резонансным» поглощением, когда часть энергии света туннелирует за классическую точку поворота и возбуждает плазменную волну. Эта волна ускоряет электроны до значительных энергий. Давление плазменной волны может существенно изменить поток плазмы через критическую точку, что приводит к укручению профиля плотности и в свою очередь влияет на поглощение и температуру горячих электронов. Этот нелинейный сценарий подтверждается численным моделированием [Forslund et al., 1975; Estabrook et al., 1975]. Связанная с резонансным поглощением генерация магнитного поля, как с учетом, так и без учета столкновений, обсуждается в работе [Adam et al.,

1982] и приведенных там ссылках. Генерация магнитного поля и связанный с ней теплоперенос исследовались и при помощи неявных кодов [Forslund, Brackbill, 1982].

В области разреженной плазмы существуют две высокочастотные неустойчивости: 1) распад падающей волны на две электронные плазменные волны при плотности, примерно

равной четверти критической; 2) рамановское рассеяние—распад на электронную плазменную и электромагнитную волны при плотности, меньшей или равной четверти критической. Вынужденное томсоновское или комптоновское рассеяние представляет собой частный случай рамановского, когда продольные возмущения не являются плазменной волной (из-за затухания Ландау), т. е. происходит поперечное рассеяние на электронах. Кроме того, в разреженной плазме возможно вынужденное рассеяние Бриллюэна—распад на звуковую и электромагнитную волны. Другие процессы типа филаментации здесь не обсуждаются. Названия всех этих процессов происходят от аналогичных явлений в жидкостях и газах.

Впервые одномерное моделирование рамановского и брил-люэновского рассеяния описано в работах ]. Позднее в рамках 2V2-MePH°H модели исследовалось боковое рассеяние Рамана и Бриллюэна — рассеянная волна в этом случае распространяется под углом к падающей [Klein et al., 1973; Ott et al., 1974; Biskamp, Welter, 1975; Langdon, Lasinski, 1976, 1983].

Моделирование при помощи -неустойчивости (двухплазмонный распад) продемонстрировало нелинейное насыщение неустойчивости из-за генерации коротковолновых ионных флуктуаций и локального укручения профиля плотности [Langdon, Lasinski, 1976; Langdon et al., 1979]. Оба механизма впоследствии экспериментально наблюдались при помощи томсоновского рассеяния [Ebrahim et al., 1979; Baldis, Walsh,

В работе [Aizawa et al., 1980] исследовался разлет лазерной плазмы во внешнем магнитном поле.

Конфигурации с обращенным полем; пинчи. Гибридные коды использовались для моделирования конфигураций с обращенным полем, возникающих при инжекции электронов [Byers et al., 1978], ионов [Mankofsky et al., 1981; Harned, 1982,.v] и нейтральных пучков [Byers et al., 1978]. Бунеман и др. [Buneman et al., 1980] моделировали неустойчивость -пинча, что возможно только при помощи их трехмерного кода. При моделировании -пинча была неожиданно обнаружена генерация тороидального магнитного поля, которая впоследствие наблюдалась и на эксперименте [Hewett, 1984].