Физические исследования и математическое моделирование крупномасштабных геофизических экспериментов

ФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 

И  МАТЕМАТИЧЕСКОЕ 

МОДЕЛИРОВАНИЕ

КРУПНОМАСШТАБНЫХ 

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ  
ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Е.Л. Ступицкий, А.С. Холодов

Федеральное государственное образовательное  

учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ  

(государственный университет)

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

ИНСТИТУТ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Российской академии наук

2018

МОИ ПЕРВЫЕ КНИГИ ПО АСТРОНОМИИ

А.В. Урысон

О ЗВЕЗДАХ

2019

Å.Ë. Ñòóïèöêèé, À.Ñ. Õîëîäîâ
Ôèçè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ è ìàòåìàòè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå êðóïíîìàñøòàáíûõ ãåîôèçè÷åñêèõ ýêñïåðèìåíòîâ: Ìîíîãðàôèÿ / Å.Ë. Ñòóïèöêèé, À.Ñ. Õîëîäîâ – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò», 2019. – 800 ñ.

ISBN 978-5-91559-257-4

Èçëîæåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé è ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå èîíèçàöèîííî-õèìè÷åñêèõ, îïòè÷åñêèõ è ìàãíèòîãèäðîäèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âîçìóùåííûõ îáëàñòåé, îáðàçóþùèõñÿ ïðè êðóïíîìàñøòàáíûõ ãåîôèçè÷åñêèõ ýêñïåðèìåíòàõ â
îêîëîçåìíîì êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå. Çíà÷èòåëüíîå ìåñòî
óäåëåíî ôèçè÷åñêîìó àíàëèçó ðàññìàòðèâàåìûõ ÿâëåíèé è ðàçðàáîòêå, àäàïòèðîâàííûõ ê íèì, ÷èñëåííûõ àëãîðèòìîâ. Ìàòåðèàë êíèãè, ãëàâíûì îáðàçîì, îñíîâàí íà îïóáëèêîâàííûõ ðàáîòàõ àâòîðîâ.
Ìîíîãðàôèÿ ðàññ÷èòàíà íà íàó÷íûõ ñîòðóäíèêîâ, ñïåöèàëèçèðóþùèõñÿ â îáëàñòè ôèçèêè èîíîñôåðíîé ïëàçìû, ëàáîðàòîðíûõ èññëåäîâàíèé ïëàçìåííûõ òå÷åíèé è ðàñïðîñòðàíåíèÿ
çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ïåðâàÿ ÷àñòü áóäåò ïîëåçíà ñòóäåíòàì ñòàðøèõ êóðñîâ è àñïèðàíòàì ñîîòâåòñòâóþùèõ ñïåöèàëüíîñòåé.

Èçäàíèå îñóùåñòâëåíî ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî
ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ Èññëåäîâàíèé ïî ïðîåêòó ¹ 18-12-00030

© 2018, Å.Ë. Ñòóïèöêèé, À.Ñ. Õîëîäîâ
© 2019, ÎÎÎ «Èçäàòåëüñêèé Äîì «Èíòåëëåêò»,
îðèãèíàë-ìàêåò, îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-257-4

ОГЛАВЛЕНИЕ

П р е д и с л о в и е . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
10

В в е д е н и е . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
12

 
ЧАСТЬ I. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 
 
О ПРОЦЕССАХ И УРАВНЕНИЯХ, ОПИСЫВАЮЩИХ 
 
КРУПНОМАСШТАБНЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ 
 
ЭКСПЕРИМЕНТЫ   . . . . . . . . . . . . . . . . .  
15

Глава 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СРЕДЫ 
ДЛЯ ОПИСАНИЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ 
ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
16

1.1. Уравнения динамики газа в приближении сплошной среды . . . .  
19
1.1.1. Интегральная форма уравнений в переменных Лагранжа  .  
19
1.1.2. Интегральная форма уравнений в переменных Эйлера  . . .  
22
1.1.3. Уравнения динамики газа в дифференциальной форме . . .  
23
1.2. Использование кинетического подхода для получения 
уравнений динамики газоплазменной среды  . . . . . . . . . . . . . . .  
26
1.3. Физические процессы и уравнения, описывающие односкоростное 
неравновесное течение частично-ионизованного газа. . . . . . . . .  
37
1.3.1. Односкоростное приближение для описания неравновесного 
течения высокотемпературного одноатомного газа  . . . . . .  
38
1.3.2. Некоторые особенности кинетических процессов 
в частично-ионизованном молекулярном газе . . . . . . . . . .  
46
1.3.3. Схема химических реакций с учетом возбуждения 
метастабильных электронных состояний атомов и молекул  
48
1.3.4. Колебательная кинетика и ее влияние на температуру. . . .  
50
1.3.5. Равновесное приближение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
58
1.4. Одножидкостное приближение для проводящей смеси газов  . . .  
59
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
67

Глава 2. СКОРОСТЬ ОБМЕНА ИМПУЛЬСОМ И ЭНЕРГИЕЙ 
В РЕЗУЛЬТАТЕ СТОЛКНОВЕНИЙ ЧАСТИЦ 
В МНОГОСКОРОСТНОЙ ПЛАЗМЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
69

2.1. Интеграл столкновений и общая структура выражений 
для скоростей передачи импульса и энергии  . . . . . . . . . . . . . . .  
70
2.2. Скорость обмена импульсом 

Rαβ . Анализ сечений . . . . . . . . . . .  
72

Оглавление
4

2.3. Скорости кинетических процессов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
84
2.4. Скорость обмена энергией . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
87
2.5. Сводка выражений для скорости обмена импульсом 
и энергией в упругих столкновениях между компонентами 
многоскоростной плазмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
92
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
94

Глава 3. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ  . . . . . . . . . . . .  
96

3.1. Уравнения Максвелла и исходные представления 
об описании электродинамических процессов  . . . . . . . . . . . . . .  
96
3.2. Дрейфовое движение заряженных частиц в отсутствии 
столкновений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
104
3.2.1. Электрический дрейф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
104
3.2.2. Градиентный дрейф (неоднородные B-поля) . . . . . . . . . . .  
107
3.2.3. Центробежный дрейф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
108
3.2.4. Поляризационный дрейф  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
110
3.3. Дрейф заряженных частиц с учетом столкновений. 
Проводимость плазмы в стационарных полях  . . . . . . . . . . . . . .  
112
3.4. Адиабатические инварианты и диамагнитный дрейф плазмы . . .  
116
3.5. Общие закономерности распространения электромагнитных 
волн в холодной плазме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
119
3.6. Коллективные процессы в плазме  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
138
3.6.1. Общая характеристика колебательно-волновых процессов.  
138
3.6.2. Краткий анализ микронеустойчивостей и их влияний 
на взаимодействие ионов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
143
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
147

 
ЧАСТЬ II. ИОНОСФЕРНЫЕ ПЛАЗМЕННЫЕ 
 
ЭКСПЕРИМЕНТЫ. . . . . . . . . . . . . . . . .  
148

Глава 4. ИОНОСФЕРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 
С БАРИЕВЫМИ СГУСТКАМИ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
149

4.1. Неравновесные процессы при разлете бариевого облака
в поле солнечного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
149
4.2. Физическая модель стратификации легкоионизируемого 
облака нейтрального газа, разлетающегося в геомагнитном 
поле.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
159
4.3. Численное моделирование стратификации легкоионизируемого 
газового облака, разлетающегося в геомагнитном поле.  . . . . . . .  
171
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
178

Глава 5. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ИОНОСФЕРНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 
С ПЛАЗМЕННЫМИ СТРУЯМИ И ИХ ЧИСЛЕННОЕ 
МОДЕЛИРОВАНИЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
180

5.1. Исследование релаксации частично-ионизованного газа 
при течении в сопле. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
180
5.1.1. Ионизационно-рекомбинационная релаксация . . . . . . . . .  
180

Оглавление

5.1.2. Поуровневая модель релаксации ксеноновой плазмы 
при её истечении в сопле  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
196
5.2. Плазменная струя в геомагнитном поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
200
5.2.1. Начальное ионизационно-термодинамическое 
состояние плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
201
5.2.2. Пространственно – динамические характеристики 
плазменной струи в начальной стадии расширения. . . . . .  
203
5.2.3. Результаты расчета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
210
5.2.4. Анализ поведения плазменной струи в эксперименте 
«Северная звезда» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
215
5.3. Динамика и кинетика лазерной плазмы.  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
218
5.3.1. Начальные параметры лазерной плазмы  . . . . . . . . . . . . . .  
220
5.3.2. Динамика и кинетика лазерной плазмы при разлете 
в вакуум.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
222
5.3.3. Разлет лазерной плазмы в однородном магнитном поле  . .  
245
5.3.4. Фотоионизация фоновой среды излучением лазерной 
плазмы и электромагнитные процессы в фоновой среде  . .  
253
5.3.5. Взаимодействие потоков лазерной плазмы. . . . . . . . . . . . .  
277
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
285

Глава 6. ДИНАМИКА ПЛАЗМЕННОГО СГУСТКА 
НА НАЧАЛЬНОЙ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ СТАДИИ 
ДВИЖЕНИЯ В РАЗРЕЖЕННОМ ГАЗЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
289

6.1. Физическая картина формирования и динамики 
тороидального плазменного сгустка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
291
6.2. Приближенный численный анализ поведения тороидального 
газового сгустка в отсутствии магнитного поля. 
Модельная задача. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
295
6.3. Физико-математическая постановка задачи о начальной 
стадии динамики тороидального плазменного сгустка  . . . . . . . .  
298
6.4. Обсуждение результатов расчета, выполненных 
в адиабатическом приближении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
308
6.5. Расчет начальной стадии динамики ТПС в полной постановке. 
Сравнение с адиабатическим приближением.. . . . . . . . . . . . . . .  
313
6.6. Исследование распространения ТПС в разреженной 
верхней атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
318
6.7. Оценка воздействия разреженного высокоскоростного 
потока частиц на поверхность твёрдого тела. . . . . . . . . . . . . . . .  
325
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
328

Глава 7. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ИОНОСФЕРУ ЗЕМЛИ 
НАПРАВЛЕННОГО ПОТОКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ 
ОТ НАЗЕМНОГО ИСТОЧНИКА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
330

7.1. Энергетические и геометрические характеристики луча . . . . . . .  
337
7.2. Краткий анализ состояния вопроса по исследованию 
воздействия направленного радиолуча на нижнюю ионосферу. .  
340
7.3. Анализ кинетических процессов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
342

Оглавление
6

7.4. Метод и некоторые результаты расчета системы кинетических 
уравнений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
346
7.5. Результаты расчета и их анализ при воздействии радиолуча . . . .  
350
7.6. Анализ развития разогретой возмущенной области в нижней 
ионосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
361
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
366

ЧАСТЬ III. ФИЗИКА РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКОГО 
 
ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА. . . . . . . . . . . . . . . .  
368

Глава 8. НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ РАЗВИТИЯ КОСМИЧЕСКОГО 
ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
369

8.1. Геофизические плазменные эксперименты на больших 
высотах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
369
8.2. Радиационно-газодинамическая стадия разлета плазмы . . . . . . .  
375
8.3. Ионизационные и динамические характеристики плазмы 
на инерционной стадии разлета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
378
8.4. Линейчатое излучение быстро расширяющейся плазмы . . . . . . .  
389
8.5. Оценка возможности лазерного эффекта в больших 
объемах расширяющейся неравновесной плазмы . . . . . . . . . . . .  
398
8.6. Инерционная стратификация разлетающегося 
многокомпонентного газового сгустка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
403
8.6.1. Физическое содержание явления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
405
8.6.2. Постановка задачи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
406
8.6.3. Численные исследования. Анализ результатов. . . . . . . . . .  
411
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
419

Глава 9. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЛАЗМЫ С РАЗРЕЖЕННЫМ 
ЧАСТИЧНО-ИОНИЗОВАННЫМ ВОЗДУХОМ 
И ГЕОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
423

9.1. Столкновительные взаимодействия плазмы и воздуха  . . . . . . . .  
423
9.2. Механизмы торможения плазмы, связанные 
с геомагнитным полем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
433
9.2.1. Формирование диамагнитной стенки при разлете 
плазмы в вакуум и ее влияние на структуру течения . . . . .  
436
9.2.2. Магнитный ламинарный механизм Лонгмайра  . . . . . . . . .  
442
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
446

Глава 10. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ 
КРУПНОМАСШТАБНОГО ПЛАЗМЕННОГО ТЕЧЕНИЯ 
В НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ И ГЕОМАГНИТНОЕ 
ПОЛЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
449

10.1. Постановка задачи и краткое описание вычислительного 
алгоритма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
450
10.2. Пространственно-временная структура плазменного течения 
при взрывах на высотах 100–120 км . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
459

Оглавление

10.3. Структура плазменных течений при взрывах в верхней 
ионосфере на h = 120÷300 км  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
466
10.4. Структура плазменного течения при магнитосферных взрывах. .  
473
10.5. Динамика плазмы при большой мощности взрыва. . . . . . . . . . .  
484
10.6. О возможности развития желобковой неустойчивости 
на фронте расширяющегося плазменного облака . . . . . . . . . . . .  
492
10.7. Взаимодействие двух сгустков плазмы высокой энергии 
в ионосфере. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
498
10.8. Приближенный метод оценки ионизационных характеристик 
плазмы по результатам численного моделирования 
динамики плазменного сгустка высокой удельной энергии 
в верхней ионосфере  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
509
10.9. Приближенный метод оценки локализации плазмы взрыва 
после торможения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
515
10.9.1. Однородная среда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
517
10.9.2. Неоднородная среда. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
519
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
525

Глава 11. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО 
ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, 
СОПРОВОЖДАЮЩИХ КОСМИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ, 
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
528

11.1. Ионизационные процессы в плазме космического взрыва 
на начальной стадии разлета  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
529
11.2. Физические процессы, сопровождающие передачу энергии 
от расширяющейся плазмы взрыва окружающей среде. . . . . . . .  
538
11.2.1. Исследование формирования ударно-волновой структуры.  .  
539
11.2.2. Физическое моделирование процессов взаимодействия 
разлетающейся плазмы взрыва с геомагнитным полем.  . .  
546
11.2.3. Бесстолкновительное взаимодействие разлетающейся 
плазмы взрыва с замагниченной разреженной 
ионосферой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
557
11.3. Экспериментальные исследования некоторых особенностей 
крупномасштабного течения плазмы взрыва в околоземном 
космическом пространстве на поздней стадии развития . . . . . . .  
564
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
574

ЧАСТЬ IV. ПРОНИКАЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. 
 
ИОНИЗАЦИЯ И ВОЗБУЖДЕНИЕ ВОЗДУХА  . . . . .  
578

Глава 12. ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭНЕРГИИ ПРОНИКАЮЩИХ 
ИЗЛУЧЕНИЙ ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ В ВЕРХНЕЙ 
ИОНОСФЕРЕ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
579

12.1. Оценка пробега проникающих излучений в воздухе . . . . . . . . . .  
580
12.2. Постановка задачи об определении энергетического спектра 
электронов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
583

Оглавление
8

12.3. Метод и результаты расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
590
12.4. Распределение энергий по каналам неупругих процессов . . . . . .  
595
12.5. Оценка коэффициента поглощения электромагнитных волн  . . .  
598
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
600

Глава 13. ОБЛАСТИ ХОЛОДНОЙ ИОНИЗАЦИИ 
И ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО СВЕЧЕНИЯ, СОЗДАВАЕМЫЕ 
В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ РЕНТГЕНОВСКИМ 
И ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
602

13.1. Расчет скоростей фотопроцессов, обусловленных действием 
солнечного излучения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
603
13.2. Анализ процессов фотопоглощения рентгеновского 
излучения в верхней атмосфере и образования начального 
энергетического спектра фотоэлектронов. . . . . . . . . . . . . . . . . .  
610
13.3. Возбуждение электронных состояний атомов и молекул 
и свечение воздуха в видимом диапазоне спектра. . . . . . . . . . . .  
619
13.4. Инфракрасное излучение верхних слоев атмосферы, 
возмущенной рентгеновским излучением космического 
ядерного взрыва. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
625
13.4.1. Параметры естественной атмосферы, как начальные 
условия для определения ИК-излучения при воздействии 
импульса рентгеновского излучения. . . . . . . . . . . . . . . . .  
626
13.4.2. Коэффициенты инфракрасного излучения верхних слоев 
возмущенной атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
629
13.5. Ионизация верхней атмосферы рентгеновским 
и гамма-излучением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
642
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
648

Глава 14. БЕТА-ЭЛЕКТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 
ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
651

14.1. О механизме, энергетическом спектре и активности 
β-распада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
651
14.2. Физическая картина динамики β-электронов 
при геофизических экспериментах в верхней атмосфере  . . . . . .  
656
14.3. Динамика β-электронов при взрывах в нижней ионосфере. . . . .  
660
14.4. Исследование влияния самосогласованного электрического 
поля на эмиссию β-электронов из плазмы . . . . . . . . . . . . . . . . .  
671
14.5. Методика расчета потока бета-электронов внутри плазменной 
каверны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
685
14.6. Динамика бета-электронов вдоль силовых линий 
геомагнитного поля: энерговыделение и ионизация 
с учетом реального спектра β-электронов. . . . . . . . . . . . . . . . . .  
698
14.7. Движение β-электронов в магнитосопряженную область 
с учетом электромагнитного поля  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
704
14.7.1. Расчет движения бета-электронов в ближнюю МСО 
методом плазменных листов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
704

Оглавление

14.7.2. Динамика бета-электронов в дальнюю МСО  . . . . . . . . . .  
711
14.7.3. Анализ возможности использования гидродинамического 
приближения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
723
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
731

Глава 15. ВЛИЯНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ 
И ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ 
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
734

15.1. Современные направления исследований аэрозольной 
плазмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
734
15.2. Равновесная ионизационно-химическая модель . . . . . . . . . . . . .  
737
15.3. Конденсационная модель образования микрочастиц 
и термоэмиссии электронов с их поверхности в условиях 
равновесия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
738
15.4. Обсуждение результатов расчета. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
741
15.5. Влияние ионизирующего излучения на характеристики плазмы 
с дисперсной фазой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
744
15.6. Постановка и решение неравновесной кинетической задачи  . . .  
748
15.7. Обсуждение результатов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
751
Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
756

ПРИЛОЖЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
758

1. Энергия диссоциации и ионизации основных 
и малых составляющих атмосферы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
764
2. Характеристики основных излучающих компонент атмосферы, 
связанных с электронными переходами в атомах и молекулах  . . .  
764
3. Колебательные кванты основных молекулярных 
компонент воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
768
4. Ионные связки (кластеры) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
769
5. Схема кинетических процессов в воздухе . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
770
6. Характеристики атомов и молекул некоторых примесей 
и схема их основных кинетических процессов с воздухом  . . . . . .  
788
7. Элементный состав ионосферы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
793

Соотношение между единицами и некоторые формулы . . . . . . . . . . .  
795

Список литературы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
798

Светлой памяти чл.-корр. РАН 
Баррикада Вячеславовича ЗАМЫШЛЯЕВА 
посвящается

ПРЕДИСЛОВИЕ

За последние десятилетия накопился большой экспериментальный материал по крупномасштабным геофизическим 
экспериментам в околоземном космическом пространстве (ОКП). 
Во многих из них для воздействия на ионосферу использовался легко 
ионизируемый газ или плазма.
В основе изложенных в книге исследований лежит физический 
анализ рассматриваемых явлений и их аналитическое и численное 
моделирование. Отбор материала определялся, с одной стороны, 
актуальностью, с другой – кругом научных интересов авторов и их 
коллег, совместно с которыми выполнено большинство оригинальных публикаций. Книга написана, главным образом, на основе этих 
работ.
Несмотря на определенное различие в самой природе рассматриваемых явлений, многие динамические и кинетические аспекты их развития имеют близкое физическое содержание, что дало возможность 
разработать достаточно общий методический аппарат, позволяющий 
не только вести исследования и получить конкретные результаты, но и 
прогнозировать развитие рассматриваемого физического направления 
по изучению плазменных ионосферных возмущений.
Многие из изложенных в книге вопросов, связанных с физическим 
содержанием и численным моделированием, рассматривались авторами в спецкурсах, которые читались для студентов физико-технических 
специальностей. Поэтому она в первую очередь ориентирована на помощь молодым научным сотрудникам, аспирантам, а также студентам