Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

10. Искусственно ионизованные области (ИИО)

Основы теории физики плазмы были заложены в начале XX века. В конце 40-х годов прошлого века Раземан и Ланг измеряли энергетическое распределение выходивших электронов. Пропуская моноэнергетический пучок электронов с энергией порядка нескольких кэВ через тонкую алюминиевую фольгу [G. Ruthemann, Ann. Phys. 2, 113 (1948); W. Lang, Optik 3, 233 (1948)], ученый заметил, что большая часть пучка проходила через фольгу без заметных потерь энергии. Но имелась группа электронов, терявших энергию приблизительно 15 эВ [37]. Если алюминий заменялся на другой металл, то наблюдалось то же самое явление, однако характеристические потери энергии менялись от металла к металлу. Оказалось, что часть электронов теряла определенное количество энергии на возбуждение продольных плазменных колебаний внутри металла на частоту ωр характеристической для каждого данного металла. Величина теряемой энергии равна электронному «кванту» энергии ћωр, где ћ – постоянная Планка. Этот квант назвали плазмоном. Теоретическая интерпретация эксперимента, данная Бомом и Пайнсом [D. Ρiηes and D. Воhm, Phys. Rev. 83, 221 (1951); 85, 338 (1952); D. Pines, Revs Mod. Phys. 28, 184 (1956)], положило начало исследованиям плазмы твердого тела. При определенных условиях внутри твердого тела возможно распространение медленных электромагнитных волн, начиная от звуковых, до частот радио и микроволнового диапазона. Природа обеспечила твердые тела (металлы, полуметаллы, полупроводники) почти свободными заряженными частицами.

Плазма непрозрачна для электромагнитных волн, частоты которых меньше плазменной. Проблема распространения волн проявляется и в физике твердого тела. В присутствии статического магнитного поля распространение поперечных электромагнитных волн через плазму твердого тела возникает много новых частот. Появляется такой параметр как угол между направлением распространения волны и магнитным полем. Для описания низкочастотных волн в плазме подходит модель возбуждения волн в заряженной струне, параллельно магнитному полю. Если силовая линия смещается поперек поля, то заряженные частицы вынуждены двигаться в нем подобно бусинкам, насаженным на тонкую струну [38].

В США, Англии и Советском Союзе в период с 1948 по 1958 г. широко проводились исследования плазмы. Особенностью поведения плазмы твердого тела является зависимость массы носителей от ориентации кристаллографических осей. Предполагаются различия между величинами масс подвижных носителей в газоразрядной и твердотельной плазме. В твердом теле электрон имеет эффективную массу m, определяемую периодическим потенциалом решетки. Она изменяется от материала к материалу, составляя от нескольких масс свободного электрона me до сотых долей me. Разнообразие твердых материалов позволяет иметь плазму с такими параметрами, которые невозможны в газе.