چکيدهیکی از مهمترین تشعشعاتی که از محیط پلاسما گزارش شده است ، انفجار های رادیویی نوع است.انفجار های رادیویی نوع ، قوی ترین تشعشعات رادیویی در سیستم خورشیدی هستند که بر روی زمین آشکارسازی شدهاند. مکانیزمهای مختلفی برای توصیف این تشعشعات فضایی وجود دارد، از جمله این مکانیزمها، میتوان به برهم کنش غیر خطی موج ـ موج (که شامل امواج لانگمیر، یون صوتی و امواج الکترومغناطیسی میباشد)، مکانیزم تبدیل مد خطی و مکانیزم آنتن اشاره کرد، فرایندهای موج ـ موج و تبدیل مد خطی تبدیل امواج لانگمیر غیرجایگزیده را به تابش الکترومغناطیسی توصیف میکنند.برای محیطهائی از پلاسما که در آنها بستههای جایگزیده موج وجود دارند امکان گسیل امواج الکترومغناطیسی را میتوان مشاهده کرددر این پایاننامه تشعشع امواج الکترومغناطیسی از ویژه مدهای لانگمیر جایگزیده در پلاسما به وسیله مدل آنتن مطالعه شده است. در این مدل یک سری از امواج لانگمیر با ساختار جایگزیدگی بالا که شدتشان در حدی نیست که پدیده کولاپس اتفاق بیافتد در نظر گرفته شده و ساختار این امواج جایگزیده که به صورت ویژه مدهای همزمان یک چاه چگالی سهموی هستند را بدست آورده و توان تابشی در فرکانس پلاسمایی و هارمونیک دوم آنرا (2) محاسبه کرده ایم و با حل عددی رابطه توان گسیلی نشان دادهایم که توان تشعشعی امواج الکترومغناطیسی به پارامترهای پلاسمایی و ویژه مدهای جایگزیده وابسته است.واژه‌هاي كليدي: تشعشع امواج الکترومغناطیسی، ویژه مدهای لانگمیر، مدل آنتن فهرست مطالبفصل 1: تابش در محیط پلاسما 11-1 مقدمه. 21-2معیارهای پلاسما 21-3رهیافتهای نظری 31-4تابش پلاسمایی ...............................................................................................................................................41-5انواع تشعشعات رادیویی خورشید 51-6بررسی تشعشعات ناشی از انفجارهای رادیویی نوع ІІІ61-7مدلهای فیزیکی توصیف گسیل امواج 91-7-1 تشعشع در توربولانس ضعیف 101-7-2فرایند گسیل در توربولانس قوی 10فصل 2: آنتن پلاسمائی 132-1 مقدمه............................................................................................................................................................... 142-2 آنتن پلاسمائی................................................................................................................................................ 152-3 مبنای نظری آنتن پلاسمائی...................................................................................................................... 162-3-1چگالی جریان در آنتن پلاسمائی .....................................................................................................172-3-2بردار پوئینتینگ در آنتن پلاسمائی .............................................................................................192-4 تشریح ساختار آنتن پلاسمائی.................................................................................................................... 202-5 آنتنهای پلاسمائیمعمولی......................................................................................................................... 212-6 آنتنهای پلاسمائیسیلیکونی.................................................................................................................... 212-7 کاربرد آنتنهای پلاسمائی...................................................................................................................... 22فصل 3: گسیل از ویژهمدهای جایگزیده در مدل آنتن 233-1 مقدمه................................................................................................................................................................ 243-2 ساختار ویژهمدهای لانگمیر..........................................................................................................................243-3مکانیزم تابش از ویژهمدها.............................................................................................................................283-4توان تشعشعی امواج الکترومغناطیسی در 2........................................................................................ 313-5توان تشعشعی امواج الکترومغناطیسی در ........................................................................................... 34فصل 4: جمع بندی و نتایج 384-1بحث ونتایج.................................................................................................................................................... 39 مراجع45فهرست شکل هاشکل (1-1) طرحی از انفجار خورشیدی .......................................................................................................................4شکل (1-2) طرحی از گسیل رادیویی انفجارهای خورشیدی نوع ІІІ..................................................................7شکل (1-3) تابع توزیع سرعت الکترون قبل ودر طی عبور از باریکه ......................................................................9شکل (2-1) آنتن پلاسمائی............................................................................................................................................ 15شکل (2-2) ساختار آنتن پلاسمائی............................................................................................................................ 21شکل (3-1) شکل موج لانگمیر جایگزیده برای0............................................................................................. 26شکل (3-2) شکل موج لانگمیر جایگزیده برای 2 .......................................................................................... 28شکل (3-3) ساختار چاه چگالی سهموی................................................................................................................... 31شکل (4-1) طرحی از تغییراتدر2 برای مقادیر مختلف.......................................................... 41شکل (4-2) طرحی از تغییرات در2 برای مقادیر مختلف........................................................ 42شکل (4-3) طرحی از تغییرات در2 برای مقادیر مختلف.............................................................. 42شکل (4-4) طرحی از تغییراتدر2 برای مقادیر مختلف............................................................. 43شکل (4-5) طرحی از تغییراتدر2 برای مقادیر مختلف............................................................ 44فهرست جدول هاجدول (1-1) انواع انفجارهای رادیویی خورشیدی 6جدول (3-1) پارامترهای اندازهگیری شده در باد خورشیدی.. 27فهرست نمادهافرکانس پلاسما.......................................................................................................................................................... ωpچگالی الکترون .......................................................................................................................................................... neتراوایی مغناطیسی .................................................................................................................................................... µسرعت حرارتی الکترون .......................................................................................................................................... veجرم الکترون ............................................................................................................................................................ meچگالی بار ..................................................................................................................................................................... ρچگالی جریان................................................................................................................................................................ Jسرعت نور...................................................................................................................................................................... cفصل 1 تابش در محیط پلاسما 1-1 مقدمه پلاسما [1]مجموعهای از اتمهای خنثی و ذرات بارداربا تعداد مساوی حاملین بار مثبت ومنفی آزاد را شامل می شود. وجود تقریبی تعداد یکسانی از بار با علامتهای متفاوت در یک عنصر حجمی ضمانت میکند که پلاسمادر حالت ایستا، شبه خنثی باشد. به طور متوسط جلوۀ خارجی یک پلاسما، خنثی بودن الکتریکی آن است. برای اینکه بتوان ذرهای راآزاد فرض کرد، میباید انرژی پتانسیل نوعی آن، ناشی از نزدیکترین همسایهاش به مراتب کوچکتر از انرژی جنبشی آن باشد.فقط در این صورت است که حرکت ذره مادامیکه برخوردهای مستقیمی رخ ندهند، عملاً از تأثیر ذرات باردار دیگر، واقع در همسایگی خود مصون می ماند. بنابراین یک پلاسمای نوعی، عبارت از یک گاز داغ و به شدت یونیده است. در حالیکه تنها معدودی از پلاسماهای خنثی مانند شعلهها، یا جرقههای برق آسمانی را می توان در نزدیکی سطح زمین یافت.انواع مختلفی از پلاسماها در کیهان مشاهده میشوند طوریکه بیش از 99درصد کل مواد شناخته شده در جهان در حالت پلاسما هستند. 1- 2 معیارهای پلاسمابرای اینکه پلاسما در حالت ایستا، رفتاری شبه خنثی داشته باشد، چنین عنصر حجمی باید به حدکافی بزرگ باشد تا به تعداد کافی از ذرات را در برگیرد. ودر عین حال میباید در مقایسه با طولهای مشخصه برای تغییرات ماکروسکپی مانند چگالی ودما، به اندازه کافی کوچک باشد. در عنصر حجمی میباید میدانهای بار فضایی میکروسکپی ناشی از حاملین بار منفرد همدیگر را خنثی کنند،تا بدین ترتیت خنثیبودن ماکروسکپی بار فراهم شود. چون اثر حفاظ نتیجهای از رفتار جمعی ذراتدر داخل یک کرۀ دبای(کرهای که شعاع آن به اندازه طول دیای است) است، لذا لازم است که کرۀ مزبور شامل تعداد کافی از ذرات باردار باشدو فقط وقتی معتبر است که ذرات در ابر بار به تعداد کافی وجود داشته باشند بنابراین، علاوه بر شرط کوچک بودن شعاع کرۀ دبای،رفتار جمعی ایجاب میکند که تعداد ذرات در کرۀ دبای خیلی زیاد باشد. از طرفی دیگر، بسامد نوسان نوعی در یک پلاسمای کاملاً یونیده همان فرکانس پلاسمای الکترونی است، اگر شبه خنثایی پلاسما توسط برخی نیروهای خارجی مختل شود، الکترونها که تحرک بیشتری نسبت به یونهای به مراتب سنگینتر دارند، برای برگرداندن خنثائیت بار شتاب میگیرند آنها بنا بر لختی خود حول موضع تعادل به حرکت رفت و برگشتی پرداخته ودر نتیجه حول یونهائی با جرم بیشتر به سرعت به نوسان در میآیند. برخی پلاسماها مانند یونسفر زمین کاملاً یونیده نیستند، دراینها تعداد قابل توجهی ذرات خنثی داریم و اگر ذرات باردار برخوردهایی با ذرات خنثی داشته باشند، الکترونها وادار به اخذ تعادل با ذرات خنثی خواهند شد و محیط مذکور دیگر نمی تواند به صورت پلاسما رفتار کند بلکه به صورت خنثی در خواهد آمد. برای اینکه الکترونها از برخورد با ذرات خنثی بیتأثیرباقی بمانند ، می باید زمان متوسط بین دو برخورد الکترون ـ ذره خنثی، بزرگتر از عکس بسامدپلاسمایی باشد،این سومین معیار برای یک محیط یونیزه با رفتاری همانند یک پلاسما است[2]. 1-3 رهیافتهای نظری دینامیک یک پلاسما را برهمکنشحاملهای بار با میدانهایمغناطیسی والکتریکی رقم می زند. اگر همه میدانها منشأخارجی داشتند، فیزیک آن نسبتأ ساده میشد. اما چون ذرات به هر سو درحرکتند، لذا امکان دارد که به صورت بار فضایی موضعی تمرکز یابند و بنابراین میدانهای الکتریکی را به وجود میآورند. افزون بر این، حرکت آنها همچنین میتواند جریانهای الکتریکی و از آنجا میدانهای مغناطیسی نیز به وجود آورد. این میدانهای داخلی و آثار پس گردی[2] آنها بر روی حرکت ذرات پلاسما، فیزیک پلاسما را مشکل می سازد. به طور کلی دینامیک ذرات یک پلاسما را می توان با حلمعادله حرکت برای هر یک از بارها به صورت انفرادی توصیف کرد. چون میدانهای الکتریکی و مغناطیسی که در هر معادله ظاهر می شوند شامل میدان های داخلی حاصل، توسط هر ذره متحرک نیز است، لذا همه معادلات با همدیگر جفت میشوند و باید به طور همزمان حل شوند. چنین حل کاملی نه تنها خیلی مشکل است بلکه استفاده عملی نیز ندارد،زیرا که ما علاقمند دانستن کمیتهای میانگین نظیر چگالی و دما هستیم و نه سرعت تک تک ذرات، بنابراین معمولاً دست به تقریبهای مناسب برای مسئله مورد مطالعه می زنیم.سه تقریب متفاوت که بسیار سودمندند در خارج از این رده قرار می گیرند. ساد هترین رهیافت، عبارت از توصیف حرکت ذره است، در اینجا حرکت ذره تحت تاثیر میدانهایالکتریکی و مغناطیسی توصیف میشود. دراینتقریباز رفتار جمعی یکپلاسما چشمپوشی میشود ولی این تقریب دربررسی پلاسمایی با چگالی بسیار پایین، پلاسمای حلقه جریان سودمنداست.رهیافت مغناطو هیدرودینامیک، قرینه مقابل آن است که در آن از همه جنبههای ذره تنها چشم پوشی میشود و پلاسما به عنوان یک سیال رسانا با متغیرهای ماکروسکپی مانند چگالی متوسط، سرعت و دما تلقی می شود. در این رهیافت، فرض بر این است که پلاسما میتواند تعادلهای موضعی را حفظ کند و برای مطالعه پدیدههای موجی با بسامد پایین در شاره هایی با رسانایی بالایی غوطهور درمیدان مغناطیسیمناسب است. چند سیالی نظیر رهیافت مغناطو هیدرو دینامیکی است ولی در آن به گونههای مختلف ذرات میپردازد و فرض می شود که هرکدام از انواع ذرات مانند یک شارۀ جداگانه رفتار میکند. امتیاز این رهیافت این است که تفاوتهای موجود در رفتار شارهای سبک ورفتار یونها میتوانند در نظر گرفتهشوند که این نیز می تواند ما را به میدانهای جدایی بار و انتشار موج بسامدبالا رهنمون سازد. نظریه جنبشی پیشرفتهترین نظریه پلاسما است. این نظریه یک رهیافت آماری است.که بجای حل معادله نظریه حرکتبرای هر تک ذره، به بسط تابع توزیع برای سیستم ذرات در فضای فازمی پردازد. در ایننظریه بسته به نوعساده سازیها، ما را به انواع مختلفی از برداشتها درمورد پلاسما رهنمون میسازد[2].1-4 تابش پلاسمائي فرایند گسیل امواج الکترومغناطیسی از ماده تابش نام دارد. این گسیل میتواند در همۀ طول موجهای طیف الکترومغناطیسی رخ دهد. با توجه به اینکه در پلاسما مجموعه ای از ذرات باردار واتم های خنثی وجود دارد، مجموعه ای از فرایندهای تابش الکترومغناطیسی در این محیط اتفاق می افتد، که از آن جمله می توان به تابش ترمزی[3]، تابش چرنکوف[4] وتابش سیکلوترونی[5] اشاره کرد. بررسی این تابش ها به ما کمک میکند که پارامترهای پلاسمایی را اندازه بگیریم. در تابش ترمزی، الکترون میتواند انرژی خود را از دست بدهد و در جریان این فرایند یک یا چند فوتون پدید آید. اشعه چرنکوف تشعشعی است که بر اثر حرکت یک ذرۀ باردار در مادۀ دیالکتریک که با سرعت فاز بیش از سرعت فاز نوردر آن ماده دیالکتریک حرکت میکند، تابشمی شود و نهایتأ تابش سیکلوترونی به تابشی که از الکترون های غیر نسبیتی در میدان مغناطیسی ایجاد میگردد، گفته میشود.در محیط پلاسما علاوه بر مکانیسمهای کلاسیک فوق برای تابش امواج الکترومغناطیسی، فرایندهای دیگری نیز وجود دارند که مرتبط با رفتار غیر خطی این محیط است. با توجه به اینکه طیف زیادی از امواج در پلاسما وجود دارند برهم نهی این مدها میتواند بذری برای گسیل امواج الکترومغناطیسی باشد که در بخشهای بعد به تفصیل به بررسی آنها خواهیم پرداخت.[1]Plasma[2]Aftera roundofFields[3]Bremsstrahlung radiation[4]Cherenkov radiation[5]Cyclotron radiation