руководитель - Кочаровский В.В., ИПФ РАН
1. Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект:
Исследование самосогласованных токовых конфигураций в бесстолкновительной плазме с немаксвелловскими функциями распределения частиц по скоростям.
2. Конкретная фундаментальная задача (задачи) в рамках проблемы, на решение которой направлен проект:
Аналитическое исследование возможной структуры и параметров локализованных нейтральных токовых слоёв в бесстолкновительной плазме с произвольным энергетическим распределением частиц, согласованным с создаваемым ими статическим магнитным полем и однородным внешним магнитным полем.
3. Предлагаемые методы и подходы:
Долгое время анализ данной проблемы был ограничен рамками токовых слоёв типа Харриса, базирующихся на узком классе нерелятивистских функций распределения частиц, преимущественно — сдвинутых распределений Максвелла. Нами развит метод инвариантов движения частиц, который позволяет точно решить систему нелинейных кинетических уравнений и уравнений Максвелла и аналитически найти широкий класс плоско-слоистых стационарных токовых конфигураций, отвечающих локализованному току (в том числе при наличии внешнего магнитного поля) и допускающих разнообразные профили плотности тока и произвольные функции распределения частиц по энергии, в том числе релятивистские. Этот метод открывает возможность аналитического исследования пространственных конфигураций тока и магнитного поля и других свойств самосогласованных токовых структур, включая энергосодержание магнитного поля и допустимую степень анизотропии функции распределения частиц. Предварительный анализ и сравнение с известными частными решениями задачи, проведённые в публикациях участников проекта, подтвердили эффективность предложенного метода и перспективность его использования для интерпретации современных наблюдательных данных по токовым структурам в магнитосферной и солнечной плазме.
4. Ожидаемые в конце 2012 года научные результаты:
Будет дана общая классификация возможных уединённых самосогласованных токовых слоёв в бесстолкновительной плазме, описываемых уравнением типа Грэда-Шафранова с экспоненциально-степенным разложением потенциала Грэда-Шафранова по обобщённому импульсу частиц. На основе частных случаев найденных решений для произвольного распределения частиц по энергиям будет построено обобщение известных решений для самосогла-сованных токовых слоёв и представлено сравнительное описание их свойств.Будут построены и исследованы самосогласованные токовые слои, находящиеся в однородном внешнем магнитном поле и обладающие нулевым полным током. Будет проведён качественный анализ допустимых значений магнитного поля, плотности тока и анизотропии функции распределения частиц, исключающих апериодическую неустойчивость вейбелевского типа в найденных токовых слоях.Будет проведено сопоставление характеристик самосогласованных токовых слоёв найденного класса с типичными характеристиками токовых структур, наблюдаемых в магнитосферной и солнечной плазме, в том числе с целью выяснения допустимого немаксвелловского харатера распределения частиц в них.
5. Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым уровнем:
Предложенный метод кардинально расширил класс теоретически описываемых самосогласованных токовых слоёв, так что ожидаемые результаты будут определять мировой уровень в данной области исследований.
6. Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту; полученные ранее результаты, разработанные методы и системы:
Авторы проекта разработали оригинальный метод теоретического анализа самосогласованных токовых слоёв и в своих публикациях уже продемонстрировали его эффективность и перспективность использования для изучения соответствующих магнитостатических структур в космической плазме.
7. Список основных публикаций научного коллектива, наиболее близко относящихся к предлагаемому проекту:
- Мартьянов В.Ю., Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В. Насыщение релятивистской вейбелевской неустойчивости и стационарные токовые слои в бесстолкновительной плазме // ЖЭТФ, 2008, т. 134, № 6, с. 1225-1237.
- Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В., Мартьянов В.Ю. Самосогласованные токовые структуры в релятивистской плазме // Известия ВУЗов. Радиофизика, 2009, т. LII, № 2, с. 85-94.
- Мартьянов В.Ю., Кочаровский В.В., Кочаровский Вл.В. Магнитостатические структуры в бесстолкновительной плазме и их синхротронное излучение // Письма в астрономический журнал, 2010, Т. 36, № 6, С. 419-438.
- Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V., Martyanov V.Ju. Self-consistent current sheets and filaments in relativistic collisionless plasma with arbitrary energy distribution of particles // Phys. Rev. Lett., 2010, v. 104, n. 21, p. 215002.
- Kocharovsky Vl.V., Kocharovsky V.V., Martyanov V. Ju., Tarasov S.V. Self-consistent magnetostatic structures in astrophysical plasmas with arbitrary energy distribution of particles // Book of Abstracts: JENAM-2011 European Week of Astronomy and Space Science, Saint-Petersburg, Russia, 4 – 8 July 2011.
8. Список основных публикаций руководителя проекта в рецензируемых журналах:
- Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V., Martyanov V.Ju. Self-consistent current sheets and filaments in relativistic collisionless plasma with arbitrary energy distribution of particles // Phys. Rev. Lett., 2010, v. 104, n. 21, p. 215002.
- Jho Y.D., Wang X., Reitze D.H., Kono J., Belyanin A.A., Kocharovsky V.V., Kocharovsky Vl.V., and Solomon G.S.. Cooperative recombination of electron-hole pairs in semiconductor quantum wells under quantizing magnetic field // Phys. Rev. B, 2010, v. 81, n.15, p. 155314.
- Garasyov M., Derishev E., Kocharovsky V., and Kocharovsky Vl. Spectral redistribution of gyroresonant photons in magnetized atmospheres of isolated compact stars // Astronomy & Astrophysics, 2011, v. 531, p. L14.