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

ПРЕДИСЛОВИЕ Представляемая монография содержит результаты теоретического исследования процессов взаимодействия с атмосферой Земли электронных и протонно-водородных пучков с начальными энергиями больше 50 эВ и 1 кэВ соответственно. Теоретическое описание взаимодействия пучков заряженных частиц с веществом является одной из фундаментальных задач для многих областей науки и техники - ядерной физики и физики элементарных частиц, радиационной физики твердого тела и радиобиологии, физики плазмы и астрофизики, новейших технологий и методов анализа. Одно из центральных мест данная задача занимает и в области физики высокоширотной ионосферы Земли. Сегодня ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что потоки авроральных электронов и протонов являются одним из основных, а в не освещенной Солнцем ионосфере доминирующим источником, определяющим как ее структуру, так и динамику протекающих в ней физико-химических процессов. Одним из наиболее ярких "следов" корпускулярных высыпаний в полярной ионосфере являются полярные сияния, изучение которых представляет собой эффективное средство как для исследования свойств ионосферной плазмы, так и для задач диагностики процессов, протекающих в различных областях магнитосферы. Исследования последних лет позволяют считать, что авроральные корпускулярные высыпания способны оказывать влияние и на процессы, протекающие в пограничных мезосферно-термосферных областях. Рассматриваемая область исследований включает в себя две крупные задачи, носящие фундаментальный характер: а) решение задачи прохождения авроральных пучков через атмосферу Земли и, как следствие, количественное исследование тонкой структуры и механизмов формирования базовых дифференциальных и интегральных характеристик переноса; б) исследование процесса распределения кинетической энергии, запасенной в высыпающихся пучках, по уровням внутреннего возбуждения (электронно-колебательным термам) молекул, атомов, ионов возмущенной ионосферной плазмы. Изучение характеристик взаимодействия авроральных пучков с атмосферой Земли кроме фундаментального аспекта имеет и большое прикладное значение. Связано это, в первую очередь, с проблемой диагностики, контроля и прогноза состояния полярной ионосферы. Данный круг вопросов, как правило, представляет собой прямые (или обратные) задачи, решение которых базируется на больших массивах данных наземных или спутниковых измерений. Одним из возможных путей для успешного решения этих задач является попытка представления основных характеристик взаимодействия авроральных частиц с атмосферой Земли в виде достаточно простых функциональных (или алгоритмических) зависимостей от начальных параметров высыпающихся пучков и основных параметров модели среды. В первой главе монографии дана краткая характеристика параметров электронных и протонных пучков, высыпающихся в областях высокоширотной ионосферы Земли, приведен обзорный анализ существующих теоретических моделей для исследования характеристик переноса авроральных частиц в атмосферных газах и в атмосфере. Вторая глава посвящена анализу и обобщению накопленного к настоящему времени экспериментального и теоретического материала, касающегося интегральных и дифференциальных сечений упругого и неупругого рассеяния электронов основными атмосферными газами. На основе этих данных построен детальный набор сечений рассеяния электронов на N2, 0 2, О, и получены аппроксимационные выражения, дающие непрерывную энергетическую и угловую зависимость сечений в диапазоне энергий от порогов возбуждения до области асимптотического поведения сечений и в диапазоне углов рассеяния 0-180°. На основе полученных сечений рассеяния проведен анализ 11