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

6.2.3.Радиальноерасплываниепучка Хорошо известно, что в вакууме заряженные частицы, испускаемые точечным источником с произвольным начальным угловым распределением, фокусируются магнитным полем в узкий пучок с радиусом, равным гирорадиусу частиц пучка (например, в ионосфере Земли гирорадиус протонов с энергией 10 кэВ меньше 1 км). При прохождении через газовый поглотитель такой пучок будет расплываться, однако причины этого расплывания для электронных и протонных пучков разные. Пучки электронов с плотностями, при которых можно пренебречь коллективными взаимодействиями в пучке, расплываются за счет столкновительного углового рассеяния на молекулах поглотителя (см. рис.5.35). Для пучков протонов такое рассеяние мало, однако расплывание происходит в результате реакций перезарядки, при которых нейтральные атомы водорода вылетают из сфокусированного пучка протонов. В работах /127,205/ было показано, что такой механизм может привести к расплыванию протонного пучка в атмосфере на несколько сотен километров, и что это расплывание должно зависеть от начальной энергии протонов. Очевидно, что от величины расплывания зависят оптические эффекты при протонных авроральных высыпаниях. В работах /201,202,88,89,90/ при расчетах характеристик переноса р- Н пучков в атмосфере эффект расплывания учитывался с помощью поправочного множителя к полной интенсивности пучка. Этот множитель считался не зависящим ни от энергии протонов, ни от высоты. Тем самым предполагалось, что после первоначального расплывания пучка на больших высотах радиус пучка остается постоянным до полного его поглощения. Метод Монте-Карло позволяет подробно исследовать высотную зависимость расплывания р - Н пучков в атмосфере при наличии магнитного поля. Примеры рассчитанных по модели "field ON" распределений р-Н частиц на нескольких высотах показаны на рис.6.14 для изотропного пучка протонов с начальной энергией 10 кэВ. Представленные кривые (функция Q(p,h)) являются зависимостью доли частиц начального пучка, пересекших высоту h на расстоянии от оси пучка меньшем, чем R , от величины p=R/(H0-h). Расчет проводился для высоты источника Н0= 700 км. Такое представление удобно для рассмотрения радиального расплывания, т.к. в предельном случае - пучок в вакууме без поля - функция Q(р) не зависит от расстояния от источника и определяется только начальным угловым распределением. Из рисунка видно, что при наличии поля пучок фокусируется, и форма зависимости Q(p,h) от р различна для разных высот h. Глава 6. Характериситики прохождения потоков авроральных протонов в однородных газах и в атмосфере Земли Рис.6.14. Зависимость Q(p,h) на разных высотах для изотропного пучка протонов с Е0-Ю кэВ. Модель с магнитным полем. Линия со звездочками - зависимость Q(p) для пучка в вакууме без магнитного поля