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

Прохождение электронных и протонно-водородных пучков в атмосфере Земли 7.7. Пространственная структура ионообразования в протонных высыпаниях Концентрация электронов является важной характеристикой состояния ионосферы. Основным источником ионизации высокоширотной ионосферы являются высыпающиеся потоки энергичных электронов и протонов. В большинстве случаев широкие (100-300 км) диффузные протонные высыпания являются фоном для более интенсивных высыпаний электронов. Из наблюдений известно (глава 1, рис. 1.2), что в вечернем секторе протонные высыпания происходят ближе к экватору, чем электронные, то есть существует большая область чисто протонных высыпаний на широтах 63-68°. Типичные энергетические спектры авроральных протонных высыпаний в этой области (см. рис. 1.5) могут быть аппроксимированы Максвелловскими распределениями вида /170/: где Е0 - характеристическая энергия (обычно в пределах 4 - 3 0 кэВ), FE - поток энергии, переносимый пучком (обычно < 1 эрг см'2с '1). Характерные пространственные размеры, на которых изменяются характеристики высыпающихся потоков в направлении восток-запад, значительно больше, чем в направлении север-юг. Поэтому можно считать оправданным представление зоны высыпания в виде бесконечной полосы, однородной в направлении восток-запад. Тогда, имея данные низковысотных (<1000 км) спутников о потоках частиц при пересечении зоны высыпания, можно рассчитать скорость ионизации в ионосфере. В шестой главе для исследования основных характеристик переноса протонно­ водородных пучков в атмосфере использовался метод Монте-Карло. Однако использование данного метода для моделирования процесса ионообразования, когда имеются большие массивы экспериментальных данных о параметрах высыпающихся протонов, неэффективно из-за большого времени счета. Поэтому представляется актуальным на основании результатов детального моделирования процесса переноса протонно-водородных пучков методом Монте-Карло построение упрощенной вычислительной модели для получения пространственного распределения скорости ионизации на высотах 100-200 км. В упрощенном алгоритме эффекты магнитного отражения протонов и расплывания-фокусировки пучка в магнитном поле Земли учитываются с помощью поправочных коэффициентов. Проводится сравнение детального и упрощенного модельного расчета с экспериментальными данными одновременных спутниковых и радарных измерений /90/, а также с теоретическими расчетами из той же работы. 7. 7.1. Использованные транспортные модели Для получения приближенных высотных профилей скоростей энерговыделения использовался простейший метод непрерывных потерь энергии (CSDA) в модификации, изложенной ниже. Предположим, что протоны и атомы водорода одинаковой энергии находятся в зарядово-равновесном состоянии в каждой точке своей траектории. Это предположение в среднем справедливо для высот <200 км (см. табл.6.5). Тогда равновесные фракции для протонов и атомов водорода с энергией Е на высоте z определяются как: 219