= 8,1 10 гс-см, получим

4,7 . 10

-3 / V,

(26)

Дрейф из оескднечнот

Шшёрмеровские орбиты ив бесконечности

Энергия на бесконечности, эв

Рис. 2.11. Запрещенные области для заряженных частиц, движущихся в экваториальной плоскости геомагнитного дипольного поля, на которое накладывается однородное менспланетное магнитное поле (напряжеииостн в присутствии электрического поля Е, параллельного экваториальной плоскости. По оси ординат отложен радиус запрещенной области как функция энергии частицы. Для частиц малой энергии, которые приближаются к диполю по дрейфовым орбитам, радиус зависит также от произведения ЕВ. Приведены графики для трех значений этого параметра.

где Fo - энергия на бесконечности в эв, Е в ejcM и Во-магнитное поле в гс.

электрическое поле

пример. Предположим, что межпланетное магнитное поле равно 5у = 50 мкгс, а электрическое поле-10 мкв/см. Если частица имеет энергию 500 эв, то мы находим, что в межпланетном пространстве Vo/£So= 102, так что частица проникает на расстояние, равное 4,7 земного радиуса от центра Земли.

Б. Где захватываются частицы (рис. 2.12)?

Поскольку величина [i=\e\V/B является инвариантом, энергия частицы, дрейфующей в поле диполя, возрастает. Не следует смешивать энергию на бесконечности \e\Vo и мгновенное значение энергии \e\V частицы, движущейся в поле В, поскольку электрическое поле во время дрейфа совершает работу. Из

Дрейф из

бесконечности

Штёрмеробские орЬаты из бесконечносши

Энергия, эв

Р и С 2.12- Области периодических орбит в экваториальной плоскости (см- подпись к рис. 2.11).

формулы (25а), подставляя V вместо Vo, находим

{ а .е V \ ( RVXI

е\ ЕВ V

1,6. 10

-9 V

(27)

(28)

R - максимальное расстояние, на котором может быть захва чена частица с энергией V (выраженной в эв), если электрическое поле равно Е в в/сж.

Пример. Частица с энергией 10* эв, захваченная на расстоянии, равном 16 Re, в процессе дрейфа уходит на бесконечность, если электрическое поле превышает величину I мкв/см.

2.7. Ускорение заряженных частиц в изменяющихся магнитных полях

В полярных сияниях наблюдаются частицы, обладающие энергией lO-10 эв. Частицы с такой же энергией и даже с энергией на несколько порядков выше обнаружены в радиационных поясах Земли. Энергия частиц космического излучения достигает 10 эв. Все это наводит на мысль, что в космическом пространстве должны существовать механизмы ускорения. Можно предполагать, что такие механизмы действуют в магнитосфере Земли, межпланетном, межзвездном и, возможно, межгалактическом пространствах. Вопрос о локализации этих механизмов, а также отдельные стороны самого явления по-разному трактуются различными авторами. Однако все они сходятся на том, что вснове ускорительных npoiiec£oj лежитв имодействие заряженныхчастйц сАЗменяющимися магнитными полями. Эту мысль впервые высказал в 1933 г. Сванн [36]. Обсуждение вопросов происхождения космических лучей, а также других видов корпускулярного излучения выходит за рамки данной книги. Читатели, интересующиеся этими проблемами, могут обратиться к недавно опубликованным обзорам Гинзбурга и Сыроватского [37] и Моррисона [38].

2.7,1. Об адиабатическом изменении импульсов

Заряженные частицы, движущиеся в магнитных полях, которые изменяются во времени или пространстве, при определенных условиях могут ускоряться. Рассмотрим медленно меняющиеся магнитные поля, к которым применимы результаты, полученные в разд. 2.3.

Изменение составляющей импульса простым образом связано с изменением напряженности магнитного поля, в котором находится частица. Эта связь вытекает из инвариантности величины

В общем случае поле В меняется как в пространстве, так и во времени. Однако следует отметить, что ускорение частиц может иметь место даже в том случае, если магнитное поле постоянно во времени, при условии, что оно меняется в пространстве. Изменение поля В происходит вследствие того, что частица в процессе дрейфа проходит области с различной напряженностью поля. Такой дрейф, как было показано в разд. 2.6.1, может быть вызван электрическим полем. Поскольку дрейфующая