Резонансное взаимодействие релятивистских электронов с ионно-циклотронными волнами. II. Интегральные характеристики взаимодействия

На основе численного моделирования расчётов анализируются интегральные характеристики резонансного взаимодействия релятивистских электронов в радиационных поясах Земли с ионно-циклотронными волнами. Рассматриваются волновые пакеты конечной длины с переменной частотой и различными профилями амплитуды, распространяющиеся от экватора. Сопоставлено влияние нелинейных режимов взаимодействия, рассмотренных в первой части работы для траекторий отдельных частиц [1]. Установлено, что зависимость характеристик взаимодействия от энергии электронов и положения пакета более существенно выражена для пакета с гауссовым профилем амплитуды, чем для пакета с прямоугольным профилем. Получено, что для пакета с гауссовым профилем амплитуды направленный и диффузионный перенос частиц в фазовом пространстве сравнимы, в то время как для пакета с прямоугольным профилем амплитуды величина направленного изменения экваториального питч-угла может заметно (в 3–5 раз) превосходить среднеквадратичное изменение. Наибольшее уменьшение экваториального питч-угла и наибольшая доля соответствующих частиц наблюдаются при энергиях около 1 МэВ для пакета вблизи экватора. Доля частиц, которые могут попасть в конус потерь после однократного пролёта волнового пакета, составляет 1,0–1,7 %.

На английском языке

Resonant Interaction of Relativistic Electrons with Electromagnetic Ion-Cyclotron Waves. II. Integral Parameters of Interaction Regimes

Grach V.S.

Demekhov A.G.

We analyze the integral parameters of resonant interaction of relativistic electrons in the Earth's radiation belts with electromagnetic ion-cyclotron waves. The analysis is based on numerical calculations. Wave packets of finite length with varying frequency and various amplitude profiles propagating from the equator are considered. The roles of three nonlinear interaction regimes, analyzed in the first part of our paper [1] for single particle trajectories, are compared. It is shown that interaction characteristics depend stronger on the electron energy and wave packet position for the wave packet with Gaussian amplitude profile than for the wave packet with constant amplitude. For the wave packet with Gaussian amplitude profile, the directed and diffusive transfer of particles in the phase space are comparable, while for the wave packet with constant amplitude the mean change in the equatorial pitch angle can be considerably (a factor of 3 to 5) greater than the standard deviation. The most significant decrease in the equatorial pitch angle and the largest fraction of the corresponding particles are obtained for particles with energies of about 1 MeV for a wave packet close to the equator. The fraction of particles which can be scattered into the loss cone after a single pass through the wave packet is 1.0–1.7%.