Иванов В.Е. Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли. Апатиты, 2001.

Земли. Высотное распределение выделившейся в атмосфере энергии дает нам не только общую картину энергобаланса, но и определяет характер интенсивности основных процессов (ионизация, величины потоков вторичных электронов, возбуждение эмиссий полярных сияний и т.п.), протекающих на различных высотах при прохождении в полярной ионосфере потоков авроральных электронов. Все это обусловило интерес к данной проблеме широкого круга исследователей. Здесь не будет приведен детальный исторический обзор работ, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованиям характеристик диссипации электронных пучков в различных средах. Дадим лишь краткий перечень публикаций, результаты которых нашли наиболее широкое применение в изучении эффектов переноса авроральных электронов. В работе /74/ впервые была развита методика для расчета высотных профилей новообразования, базирующаяся на результатах теоретического рассмотрения процесса переноса электронов с начальными энергиями свыше 25 кэВ. Более широкое применение в задачах ионосферной физики нашли результаты лабораторного эксперимента /168/, в котором было измерено пространственное распределение выделившейся в воздухе энергии для инжектированных в газ моноэнергетических пучков электронов с энергиями 5-25 кэВ. Использование экспериментальных данных /168/ было в значительной степени стимулировано работой /265/, в которой впервые результаты эксперимента были обобщены для электронных потоков, имеющих в источнике угловое распределение, изотропное в нижней полусфере. Необходимо также отметить работу /39/, в которой предложена аналитическая формула, описывающая распределение выделившейся энергии при заданных начальных параметрах пучка. Она была получена путем аппроксимации результатов лабораторных экспериментов по прохождению электронов с энергиями больше 1 кэВ в тонких металлических пленках. С развитием электронно-вычислительной техники для исследования взаимодействия электронов с газами стал широко применяться метод прямого статистического моделирования. Так на основе метода Монте-Карло /91,92/ был получен широкий набор как интегральных, так и дифференциальных характеристик переноса электронов с начальными энергиями 2-200 кэВ в атмосфере Земли. Несмотря на большой интерес к проблеме переноса авроральных электронов, долгое время отсутствовали исследования по прохождению электронов с начальными энергиями, меньшими 1 кэВ. Этот пробел заполнился с появлением работ /12,13,14,29,167,198,254/. В них (кроме /254/) для исследования взаимодействия потоков электронов с газами использовался метод Монте-Карло. Алгоритм решения в указанных исследованиях достаточно близок к описанному в главе I и отличается лишь описанием элементарных актов взаимодействия электронов с частицами среды. Однако эти отличия приводят к значительным расхождениям в полученных результатах. На рис.5.1 представлены для сравнения результаты расчетов пространственного распределения выделившейся в поглотителе энергии W(z,E0), полученные разными авторами. Прежде чем перейти к результатам расчетов, кратко остановимся на постановке задачи. Выделим в пространстве систему координат ( x,y,z ) и поместим в начале координат в плоскости (х,у) площадку dS, которая будет являться источником инжектируемых электронов. Угловое распределение частиц в источнике будем определять азимутальным углом сро и полярным углом Ѳо, последний будем отсчитывать от оси Z. Поместим выбранную систему координат вместе с источником электронов в газ с однородно распределенной концентрацией. Условимся называть полупространство с z>0 нижней полусферой, а с z<0 - верхней. Инжекцию электронов в газ будем производить в нижнюю полусферу. С целью исследования влияния начальных параметров пучка на характеристики переноса рассмотрим моноэнергетические потоки с двумя типами угловых распределений в источнике - мононаправленным и изотропным в нижней полусфере: Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли 113