Поширення електромагнітних хвиль у запорошеній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами - Автореферат

Київський національний університет імені Тараса Шевченка Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукРобота виконана на кафедрі квантової теорії поля фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка Мальнєв Вадим Миколайович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, фізичний факультет Анісімов Ігор Олексійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, декан радіофізичного факультету доктор фізико-математичних наук, професор Захист відбудеться “30” березня 2010 р. о 14 30 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.08 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м.Зявляються нові роботи, оскільки параметри пилових мікрочастинок можна варіювати у досить широких межах, і створювати моделі, що враховують різноманітні процеси, які відбуваються з мікрочастинками пилу в плазмі на елементарному рівні. У даній дисертаційній роботі на основі моделювання підсистеми феромагнітних гранул системою не взаємодіючих сферичних частинок (модель так званих “холодних диполів”) у довгохвильовому наближенні було показано, що феромагнітні гранули можуть суттєво впливати на поширення низькочастотних та високочастотних коливань. Мета дослідження полягає в аналізі впливу феромагнітної пилової компоненти на дисперсію хвиль, що поширюються в запорошеній холодній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами. ? розрахунку дисперсійних співвідношень для низькочастотних та високочастотних хвиль, що поширюються в запорошеній холодній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами у магнітогідродинамічному наближенні. Наукова новизна одержаних результатів у дисертації полягає в тому, що в роботі було вперше: ? у довгохвильовому наближенні з використанням моделі холодних диполів розраховано компоненти тензора магнітної проникності підсистеми феромагнітних гранул, розміщених в холодній магнітоактивній плазмі.Приділено увагу роботам, присвяченим дослідженню елементарних процесів, що відбуваються в запорошеній плазмі, силам, що діють на порошинки в запорошеній плазмі, колективним властивостям пилової компоненти, явищам утворення плазмово-пилових кристалів. В даній роботі було передбачено появу в запорошеній плазмі нового виду коливань, що відсутні у звичайній плазмі - так званого пилового звуку, розраховано закон дисперсії цих коливань. В другому розділі “Запорошена плазма з феромагнітними гранулами” [1] досліджується дисперсія тензора магнітної проникності запорошеної холодної магнітоактивної плазми з феромагнітними гранулами. Також сильне зовнішнє магнітне поле сприятиме тому, що середній час між зіткненнями частинок буде менший за період обертання частинок по ларморовим орбітам, тобто плазма буде замагніченою. В третьому розділі “Дисперсія низькочастотних коливань в запорошеній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами” [2, 4], за допомогою отриманої низькочастотної частини тензора магнітної проникності підсистеми феромагнітних гранул, отримано та досліджено дисперсійні співвідношення низькочастотних хвиль, що поширюються в запорошеній магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами.В роботі показано, що наявність в холодній магнітоактивній плазмі суттєво змінює її дисперсійні властивості. Феромагнітні пилові частинки було змодельовано сферами однакового розміру з вбудованим дипольним моментом , що виникає під впливом зовнішнього магнітного поля. На основі даної моделі знайдено тензор магнітної проникності такої плазми. Даний тензор має дисперсію поблизу частоти вільних коливань магнітного дипольного моменту окремої гранули. Лівшицем [12*], було записано тензор магнітної проникності запорошеної плазми, що має дисперсію у надвисокочастотній області поблизу частоти феромагнітного резонансуокремої гранули.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

В роботі показано, що наявність в холодній магнітоактивній плазмі суттєво змінює її дисперсійні властивості. Феромагнітні пилові частинки було змодельовано сферами однакового розміру з вбудованим дипольним моментом , що виникає під впливом зовнішнього магнітного поля. Плазма, в яку поміщені феромагнітні гранули є холодною, та замагніченою зовнішнім полем.

На основі даної моделі знайдено тензор магнітної проникності такої плазми. Даний тензор має дисперсію поблизу частоти вільних коливань магнітного дипольного моменту окремої гранули. Також на основі тензора магнітної проникності феромагнітної сфери, знайденого Л.Д. Ландау сумісно з Є.М. Лівшицем [12*], було записано тензор магнітної проникності запорошеної плазми, що має дисперсію у надвисокочастотній області поблизу частоти феромагнітного резонансуокремої гранули. Ці два тензори є частинними випадками тензора магнітної проникності запорошеної плазми з феромагнітними гранулами. Це робить можливим окремий розгляд впливу підсистеми феромагнітних гранул на властивості магнітоактивної плазми у діапазоні низьких та надвисоких частот.

На основі отриманих тензорів було отримано та досліджено дисперсійні співвідношення звичайних та незвичайних хвиль. Було показано, що в області низьких частот пилова підсистема спричиняє появу двох нових резонансних частот: та . У випадку, якщо частота вільних коливань окремої гранули менша за іонну циклотронну частоту, феромагнітна підсистема суттєво впливає на поширення Альфвенівських хвиль, призводячи до появи смуги непрозорості. Якщо ж частота дорівнює, або більша за , в запорошеній плазмі зявляється смуга пропускання хвиль. Це відбувається, оскільки у вузькій смузі частот ефективна магнітна та діелектрична проникності відємні одночасно.

В НВЧ діапазоні зявляється нова смуга прозорості, відсутня у звичайній магнітоактивній електрон-іонній плазмі. Отримано також аналітичні вирази для ширини даної смуги прозорості та нової резонансної частоти , що зявляється під впливом феромагнітної підсистеми. НВЧ смуга прозорості зменшується при збільшенні кута поширення . Її ширина мінімальна при , та має величину . Також отримано частотні залежності фазової та групової швидкостей. Показано, що фазова та групова швидкості НВЧ хвиль у смузі прозорості мають протилежні напрямки.

На основі отриманих даних можна зробити висновок, що феромагнітні гранули включені в холодну магнітоактивну плазму в якості додаткової компоненти, значно змінюють її дисперсійні властивості та призводять до появи ряду нових резонансних частот та смуг прозорості, що відсутні у звичайній магнітоактивній плазмі. У вузькій смузі частот обмеженій та , така плазма проявляє властивості лівого середовища. Зважаючи на порівняно простий спосіб створення, запорошена магнітоактивна плазма може бути перспективним засобом перевірки різних властивостей таких середовищ.

1. Malnev V. M. Dispersion properties of the magnetoactive dusty plasma with ferromagnetic grains / V. M. Malnev, Eu.V. Martysh, V. V. Pankiv, S. V. Koshevaya, A. N. Kotsarenko // Ukrainian Journal of Physics. - 2006. - Vol. 51. - № 9. - P. 858-862.

2. Malnev V. M., Martysh E. V., Pankiv V. V. Pequliarities of low-frequency waves in dusty plasma with ferromagnetic grains / V. M. Malnev, E. V. Martysh, V. V. Pankiv // Ukrainian Journal of Physics. - 2007. - Vol. 52. - № 9. - P. 848-854.

3. Malnev V. M. Magnetized dusty plasma with ferromagnetic as a negative refractive medium in a narrow SHF band / V. M. Malnev, E. V. Martysh, V. V. Pankiv // Ukrainian Journal of Physics. - 2008. - Vol. 53. - № 8. - P. 777-783.

4. Паньків В.В. Смуги прозорості в пиловій магнітоактивній плазмі з феромагнітними гранулами / В.В.Паньків // Вісник Київського Університету. Сер. Фіз.-мат. науки. - 2008. - № 2. - C. 215- 221.

5. Pankiv V. V. Pequliarities of low-frequency electromagnetic waves in magnetoactive dusty plasma with ferromagnetic grains: proceedings of the Seventh international young scientists’ conference on applied physics (Kyiv, 13-15 of Jun. 2007) / The Ministry of Education and Science of Ukraine, Taras Shevchenko National University of Kyiv. - K. : Faculty of RADIOPHYSICS, 2007. - P. 136-137.

6. Pankiv V. V. Magnetoactive dusty plasma as a lefthanded medium : Proceedings of 2-nd International Conference on Dusty and Burning Plasmas [“Dusty Plasmas in Applications”], (Odessa, 26-30 of Aug. 2007) / The Ministry of Education and Science of Ukraine, Mechnikov Odesa National University. - Odesa : Mechnikov Odesa National University, 2007. - P. 90-93

7. Pankiv V. V. Propagation of high frequency electromagnetic waves in magnetoactive dusty plasma with ferromagnetic grains : Scientific works of VIII international young scientists conference [“Optics and High Technology Material Science SPO 2007”], (Kyiv, 25-28 of Oct. 2007) / The Ministry of Education and Science of Ukraine, Taras Shevchenko National University of Kyiv. - K. : “Київський університет”, 2007. - P. 30.

Список цитованої літератури

1*. Langmuir I. A new type of electric discharge / I. Langmuir, C. G. Found, A. F. Dittmer // Science. - 1924. - Vol. 60. - P. 392-394.

2*. Пылевая плазма / В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак [и др.] // Успехи Физических Наук. - 2004. - T. 174. - № 5. - С. 57-99.

3*. Chu J. H., Lin I. Direct observation of Coulomb Crystals and Liquids in strongly coupled dusty rf plasmas / J. H. Chu, I. Lin // Physical Reviev Letters. - 1994. - Vol. 72. - P. 4009-4012.

4*. Rao N. N. Dust-acoustic waves in dusty plasmas / N. N. Rao, P. K. Shukla, M. Y. Yu // Planetary and Space Science. - 1990. - Vol. 38. - P. 543-546.

5*. Shukla P. K. Dust ion-acoustic wave / P. K. Shukla, V. P. Silin // Physica Scripta. - 1992. - Vol. 45. - P. 508.

6*. DANGELO N. J. Coulomb solids and low-frequency fluctuations in RF dusty plasmas / N. J. DANGELO // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1995. - Vol. 28. - P. 1009-1010.

7*. Praburam G. Experimental observation of very low-frequency macroscopic modes in dusty plasma / G. Praburam, J. Goree // Physics of Plasmas. - 1996. - Vol. 3. - P. 1212-1219.

8*. Melandso F. Lattice Waves In Dust Plasma Crystals / F. Melandso // Physics of Plasmas. - 1996. - Vol. 3. - P. 03890-03901.

9*. Birk G.T. Generalized magnetohydrodynamic equations for partially ionized dusty plasmas: derivation and applications / G. T. Birk, A. Kopp, P. K. Shukla // Physics of Plasmas. - 1996. - Vol. 3. - P. 3564-3572.

10*. Shukla P. K. Magnetohydrodynamics of dusty plasmas / P. K. Shukla, H. U. Rahman // Physics of Plasmas. - 1996. - Vol. 3. - P. 430-431.

11*. Shukla P. K. Introduction to Dusty Plasma Physics / P. K. Shukla, A. A. Mamun. Bristol: IOP, 2002. - 266 p.

12*. Landau L. D. Electrodynamics of Continious Media / L. D. Landau, E.M.Lifshitz, L. P. Pitaevskii. Oxford : Pergamon, 1984. - 460 p.

13*. Ландау Л. Д. К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц // Physikalische Zeitschrift der Soviet union. - 1935. - Bd. 8. - S. 153-165.

14*. Johns-Krull C. M. Detection of strong magnetic field on M dwarfs / C. M. Johns-Krull, J. A. Valenty // Astrophysics Journal. - 1996. - Vol. 459. - P. 95-96.

15*. Sitenko A. , Malnev V. Plasma Phisics Theory // London: Chapman and Hall - 1995. - 590 c.

16*. Veselago V. G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ? and ? / V. G. Veselago // Soviet Physics Uspekhi. - 1968. - Vol. 10. - P. 517-526.