Анализируется резонансное взаимодействие релятивистских электронов с ионно-циклотронными волнами в радиационных поясах Земли. Рассматриваются волновые пакеты конечной длины с переменной частотой и различными профилями амплитуды. На основе численного решения системы уравнений движения частиц в заданном поле волны исследуются особенности нелинейных режимов взаимодействия и его эффективность при однократном пролёте частицы через волновой пакет. В представленной здесь первой части работы анализируются особенности траекторий отдельных частиц. Рассмотрено влияние формы волнового пакета на известные режимы, такие как захват частиц полем волны и их группировка по фазе, приводящая к ненулевому среднему изменению питч-угла в неоднородной среде. Показано, что длительное пребывание частицы вблизи сепаратрисы на фазовой плоскости в области, далёкой от седла, приводит к сильному уменьшению питч-угла частицы и в отсутствие захвата. Данный нелинейный режим (направленное рассеяние) возможен для не слишком больших начальных питч-углов. При этом величина уменьшения питч-угла зависит от начальной фазы частицы. Показано, что траектории, соответствующие направленному рассеянию, можно считать переходным типом траекторий между траекториями пролётных и захваченных частиц. Получены количественные оценки изменения питч-угла и подтверждено, что направленное рассеяние и захват частиц полем волны могут приводить к высыпанию электронов в конус потерь.
Грач В.С., Демехов А.Г. Резонансное взаимодействие релятивистских электронов с ионно-циклотронными волнами. I. Особенности нелинейных режимов взаимодействия // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60, № 12. C. 1052–.