29
Утечка частиц и радиационного пояса должна проис-
ходить непрерывно за счет их столкновений между со-
39
бой. Столкновения меняют направления скоростей и пе-
реводят частицы в конус потерь. Такая роль столкнове-
ний вытекает из самых общих соображений. Столкнове-
ния всегда приближают систему к термодинамическому
равновесию, в частности ликвидируют анизотропию уг-
лового распределения.
При высоких энергиях частиц и низких концентра-
циях, характерных для радиационных поясов, столкно-
вения настолько редки, что их вклад в утечку частиц
незначителен. Изучение ухода частиц из магнитной ло-
вушки чрезвычайно существенно не только с точки зре-
ния науки о космосе. Скорость ухода является решаю-
щим фактором в судьбе целого направления термоядер-
ных исследований, основанного на длительном удержа-
нии горячей плазмы в адиабатических ловушках.
Лабораторные исследования неоднократно показыва-
ли, что уход частиц из магнитной ловушки невозможно
объяснить только столкновениями. На существование
специфического плазменного процесса, приводящего к
уходу, указывают импульсы электромагнитного излуче-
ния, сопровождающие аномально быстрые потери частиц
вдоль силовых линий.
Теоретический анализ, выполненный в лаборатории
JI. А. Арцимовича молодыми тогда теоретиками
Р. 3. Сагдеевым и В. Д. Шафрановым, показал, что ано-
мальный уход частиц может вызвать резонансное взаи-
модействие волн в плазме и отдельных частиц. Не вда-
ваясь в теорию этого явления, рассмотрим грубую физи-
ческую картину, которая позволяет понять смысл резо-
нансного взаимодействия. Если вдоль силовой линии
распространяется электромагнитное возмущение, то,
вообще говоря, его воздействие на отдельные частицы
невелико. Воздействие становится значительным, если
фазовая скорость волны близка к скорости движения
частицы вдоль силовой линии. В этом случае частица
долгое время «ощущает» поле волны при фиксированной
фазе. В течение долгого времени на частицу действует
почти постоянная сила, поворачивающая вектор ско-
рости (т. е. результат такого взаимодействия, по сути
дела, ничем не отличается от столкновения). Вектор
скорости может перейти в конус потерь, и частица уйдет
из магнитной ловушки. Если же скорость частицы мала
по сравнению со скоростью волны, то взаимодействие
40
носит характер слабых осцилляций; адиабатический
инвариант практически не изменяется, и частица долгое
время остается удерживаемой магнитным полем.
Волнами, переводящими резонансные электроны в
конус потерь, могут быть «свисты». Неустойчивость
«свистов» развивается, когда достаточно велика анизо-
тропия распределения векторов скорости частиц. Коэф-
фициент анизотропии должен превосходить отношение
частоты волны к частоте вращения электрона в магнит-
ном поле. Критическая энергия высыпания, т. е. та энер-
гия, при которой скорость электрона совпадает с фазо-
вой скоростью волны, зависит от коэффициента анизо-
тропии и обратно пропорциональна концентрации частиц
в радиационном поясе. Для электронного радиационного
пояса критическая энергия составляет 30—40 кэВ.