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

Глава 7. Возбуждение и ионизация N2, 0 2 и О электронными и протонными потоками полярных сияний или диффузного свечения, связанного с внезапными началами магнитных бурь. В целом полярная ионосфера является примером сугубо неоднородной плазмы. Основными причинами неоднородности служат: крайне неравномерное распределение по широте, долготе и во времени характеристик потоков высыпающихся авроральных частиц, неоднородный высотный состав нейтральной атмосферы. 7.2. Функции распределения по внутренним степеням свободы Довольно широкий круг явлений, протекающих в ионосферной плазме, может быть описан на уровне функций распределения отдельных сортов частиц. Поведение каждого выделенного сорта частиц N может быть описано функцией распределения f N(V,r,t), которая характеризует долю частиц, имеющих скорость в интервале VN+dVN и находящихся в окрестности заданной точки пространства r+dr в заданный момент времени / /64/: d [N (V , г, /)] - f N(V, г, t)d V Nd r ; (7.1) с нормировкой: \ f N{ V ,r ,t) d V N = И г , / ) ] , \[N (r ,t)] d r = И / ) ] , (7-2) где [N(r, /)] - объемная концентрация, [/Ѵ(0] - полное число частиц сорта N в системе. Распределение частиц сорта N по уровням внутреннего возбуждения вследствие их дискретности можно описать функциями, отражающими относительную заселенность уровня j в данной точке пространства г в заданный момент времени t /64/: h { . j ^ t ) = [ N { j , r , t ) ] l [ N { r , t ) \ , (7.3) с нормировкой: Z Л 0 ’'■>')= !■ <7-4) j Для краткости записи в (7.3) и (7.4) символом j обозначен полный набор квантовых чисел, характеризующий состояние внутреннего возбуждения частицы. Нахождение самосогласованных функций распределения частиц по скоростям и уровням внутреннего возбуждения связано с решением системы кинетических уравнений, каждое из которых имеет вид нелинейного интегро-дифференциального уравнения: =а<1+ 2 Х ' + 2 Х ' + 1 *;,, (И) O t or S Y X где R s ',R y ',R * , - интегралы химических реакций, приводящие к возникновению, дезактивации и исчезновению частиц сорта Nj. С целью упрощения мы опустили при написании (7.5) переменные г и V, в левой части отбросили член, описывающий поведение частиц в поле действия внешних сил, в правой части пренебрегли интегралом упругих столкновений. Интегрируя (7.5) по скоростям частицы N с учетом нормировки (7.2), можно получить балансные кинетические уравнения для нахождения концентрации частиц сорта N в j -м 168