Динамика релятивистского ускорения заряженных частиц в космической плазме при серфинге на пакете электромагнитных волн

Abstract

На основе численных расчетов рассмотрено релятивистское ускорение заряженных частиц в космической плазме при их серфинге на пространственно локализованном пакете электромагнитных волн. Задача сведена к исследованию нестационарного, нелинейного уравнения для фазы волны на несущей частоте в месте нахождения ускоряемого заряда, которое решается численно. Изучена временная динамика релятивистского фактора, компонент импульса и скорости частицы, ее траектория с учетом гировращения во внешнем магнитном поле после вылета из эффективной потенциальной ямы. Обнаружена зависимость динамики взаимодействия частицы с волной от знака скорости заряда вдоль волнового фронта. Сформулированы оптимальные условия релятивистского ускорения частиц волновым пакетом, указана возможность повторного (после ряда гирооборотов) захвата заряда волной с дополнительным релятивистским ускорением.

На основі чисельних розрахунків розглянуто релятивістське прискорення заряджених частинок у космічній плазмі за їх серфінгу на просторово локалізованому пакеті електромагнітних хвиль. Задачу зведено до дослідження нестаціонарного, нелінійного рівняння для фази хвилі на несучій частоті у місці знаходження прискорюємого заряду, яке розв’язується чисельно. Вивчена часова динаміка релятивістського фактору, компонент імпульсу і швидкості частинки, її траєкторія з урахуванням гірообертання у зовнішньому магнітному полі після вильоту з ефективної потенційної ями. Виявлено залежність динаміки взаємодії частинки з хвилею від знаку швидкості заряду вздовж хвильового фронту. Сформульовано оптимальні умови релятивістського прискорення частинок хвильовим пакетом, зазначена можливість наступного (після ряду гірообертів) захоплення заряду хвилею з додатковим релятивістським прискоренням.

Based on numerical calculations considered the relativistic acceleration of charged particles in space plasma when surfing on the spatially localized package of electromagnetic waves. The problem is reduced to the study of unsteady, nonlinear equation for the wave phase at the carrier frequency at the location of the accelerated charge, which is solved numerically. We study the temporal dynamics of the relativistic factor, the component of momentum and velocity of the particle, its trajectory is given girovrascheniya in an external magnetic field after the departure of the effective potential well. Dependence of the dynamics of a particle interacting with the wave of the sign of the velocity of the charge along the wave front. We formulate the optimal conditions of the relativistic particle acceleration wave packet, indicate the possibility of again (after a number girooborotov) charge trapping wave with an additional relativistic acceleration.