Ш
С?
м
олна (т. н. резонанса Ландау) записывается в виде ^fcf (ш ≈ частота эл.-магн. волны, k ≈ е╦ волновой вектор), а в магн. поле: to≈l<uH=kv (1=0, 1, 2. . .,
ад=еЯ/тс ≈ циклотронная частота). 6} Переходное излучение также определяется взаимодействием частица ≈ волна и возникает при переходе заряж. частиц через границы, на к-рых резко меняются дисперсионные свойства эл.-магн. волн (напр., граница плазма ≈ вакуум), в) Излучение, определяемое трансформацией продольных волн в поперечные на границе плазмы или е╦ неоднородностях (линейное взаимодействие волна ≈ волна). В этом случае частота излучаемой волны совпадает с частотой исходпой продольной
волны (в простейшем случае 0^(0^^= (Ьлпе2/т)1^, ыре ≈ плазменная частота), г) Излучение, возникающее при нелинейном взаимодействии продольных волн с поперечными. Условие такого взаимодействия есть
'~^' *~^ 2, 3, . . (см. Взаимодействие волн
108
в плазме). Для волн относительно небольшой амплитуды основным является процесс взаимодействия тр╦х волн. Для изотропной плазмы этот процесс приводит к излучению на частотах to^u^ и со=2ы^е. Излучение на
частотах ш^ь>ре возникает вследствие «слияния» ленг-
мюровской волны с низкочастотными флуктуациямя или колебаниями плазмы (напр., с ионным звуком), а на удвоенной частоте ы=2ыре ≈ вследствие слияния
двух ленгмюровских волн. В плазме, близкой к термо-динамич. равновесию, указанные процессы часто наз. трансформацией на флуктуациях продольных волн в поперечные, д) Тормозное излучение электронов, но не в электрич. поле отд, иона, а в электрич. нолях флуктуации плотности частиц плазмы (взаимодействие частица ≈ волна ≈ излучение). Интенсивность И. п. в указанных условиях может возрасти на неск. порядков по сравнению с обычным ТИ. С этим связывают, в частности, усиление излучения при вспышках на Солнце.
Интенсивность коллективных механизмов излучения
^
резко возрастает в неустойчивой плазме. Обычно в таких случаях наблюдается индуцированное излучение того или иного происхождения. Интенсивность И. п. коллективного происхождения определяется конкретным механизмом неустойчивости.
Взаимовлитше излучения и вещества характерно
для излучающей плазмы. Действительно, с одной стороны, само излучение обусловлено ускорением частиц и его спектр формируется их тепловым движением, а с др. стороны, радиац. потери плазмы ограничивают е╦ темп-ру, т. е, интенсивность движения частиц. В горячей разреженной плазме И. п. имеет определяющее значение также и в формировании распределения ионов по кратностям ионизации Zt- (см. Ионизационное равновесие), а для данного Z/ ≈ по возбужд╦нным уровням, Эти распределения вместе с максвеллопским распределением электронов по скоростям (к-рое обычно легко поддерживается их частыми взаимными столкновениями и потому нв искажается излучением) образуют полный «набор* излучателей для ЛИ, ТИ, ФИ и ЦИ. В свою очередь, частицы плазмы влияют на форму излучаемых спектров» приводя к уширению спектральных линий, и на распространение излучения в среде (см. ниже Запирание излучения, а также Перенос излучения). Наиб, полным взаимовлияние плазмы и излучения оказывается для ЛИ: дискретность слоктра предопределяет его чувствительность к многообразным уширяющим воздействиям электронов и ионов, а концентрация излучающих электронов на возбужд╦нных уровнях в сильной степени определяется скоростью радиац. процессов девозбуждения и возбуждения.
Степень влияния И. п. на засел╦нность N п дискретных уровней п характеризуется параметром |3 = Л^< <>(ТГуШ>т, где <7ТуШ ≈ сечение электронного девозбуждения (тушения), а т ^ время жизни возбужд╦нного
уровня относительно высвечивания. При |3>1 (плотная в холодная плазма) в дсвозбуждении преобладают столкновительные процессы, приводящие к установлению локального термодинамическом равновесия (ЛТР) плазмы, в к-ром насел╦нности уровнен Nп близки к больцмановским 7УБ. При р<1 (разреженная и горячая плазма) в девозбуждснии доминируют излучат, процессы, так что почти каждый акт столкновителыюго возбуждения сопровождается высвечиванием ≈ т. н. корональный режим (типичный для плазмы солнечной короны, а также для термоядерной плазмы).
Причинами ущирения линий в плазме являются эффекты Доплера, Штарка и Зеемана. Тепловой разброс скоростей излучающих частиц приводит вследствие эффекта Доплера к разбросу излучаемых частот на величину Д сод ~ i?co0/c.
Медленно меняющиеся поля EI ионов также приводят к т. н. стати ч. уширенпю, при к-ром форма контура спектральной линии определяется ф-цией распределения ионных микрополей W(Ei), а ширина линии ≈ только плотностью ионов N,\ Быстроперем. поля электронов приводят к ударному уширению, при к-ром контур линии имеет дисперсионную
(лоренцовскую) форму Гуд/(Д«2+Гуд) с шириной Гуд, равпойчастоте уширяющих столкновений. Неоднородность магн, поля приводит также к уширению линий ЦИ, к-рое, напр., в плазме токамака может превзойти доплеровское.
Излучательная способность и объ╦мные РП плазмы. Осп. характеристикой И. п. является излучат, способность T|(o))d(o ≈ энергия, излучаемая единицей объ╦ма оптически тонкой (прозрачной) плазмы за единицу времени в единицу телесного угла в интервале частот от о) до tu-j-rfo). Зависимость TJ от ft) и темп-ры специфична для каждого механизма И. п., зависимость же от концентраций N соответствующих частиц в ряде случаев проста и универсальна. Так, для ЦИ iiu((u)co ubNe (излучение как бы беспрерывно струится от каждого электрона), для ТИ и ФИ %f ф (аОс-оА^У; (излучение возникает в результате парных столкновений электронов с ионами). Для ЛИ зависимость г|л от N сложнее, т, к. вследствие штарковского уширения N┬ и N; входят в качестве параметров в выражение для профиля линии. Однако для интегральной величины
I
могут реализоваться обе отмеченные зави-
симостц от N: в пределе ЛТР ф>1) имеет место lr|j,{co)dOiK/2./VE/T; в корональном пределе ((5<1) имеем
\ r\A(<u)d(ac/3NelVQt где N0 ≈ концентрация атомов (ионов) на ниж. уровне. При произвольном р имеем
S
Зависимость излучат, способности от остальных (кроме концентраций) параметров плазмы для ТИ
имеет вид т] ((о)суэ22Г~1уа ехр (≈1i&/Te)g (Te, со), где
Z ≈ атомный номер (заряд ядра), g ≈ «фактор Гаун-та», численный множитель (часто ~ 1), учитывающий квантовые эффекты в ТИ, частичную экранировку ядра электронным остовом и др.; для ЦИ при достаточно больших Те и п1 когда спектр ужо непрерывен, T](w)oo
ю(Н1Те)Ч*ш1*еУф\^(п╧&1сНТе)Ч*]\ для ЛИ т|л(о>)сл ооЯ(ш), где типы профилей -Р(со) определяются разл. механизмами уширения линий.
Радиац, потери оптически прозрачной плазмы опре-
деляются величиной
С>=4Я$
т]
. Для ТИ, ФИ, а
также для ЛИ в корональном режиме (наиб, типичном именно для прозрачных систем) РП описываются единой ф-лой вида Q=NeNi<ueo1l^>, гдо о ≈ сечение соот-
