Published January 18, 1977 | Version v1
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Injections of energetic particles into the magnetosphere. Consequences on deformations of distribution functions, and on gyro-resonance interactions

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This research thesis addresses convection movements of energetic ionised particles in the Earth near magnetosphere (geocentric distances of about 2 to 10 Earth radii), and the interactions between these particles and waves they may generate. The author first recalls some notions dealing with cyclotron interactions between waves and particles, gives an example of dispersion relationship for these interactions, and indicates possible approximations for simplification purposes. The author also outlines the role of the hot and cold plasma with respect to densities in the wave amplification coefficient. Then, the author reports the study of wave amplification and of particle scattering. He tries to address the problem of waves-particles interaction through a self-consistent approach, i.e. by calculating simultaneously the spectral intensity of emitted waves and the particle distribution function resulting from their scattering. He more particularly addresses the case of a non-stationary interaction (relaxation) and of a stationary interaction. Complete calculations are performed for this last case. Radial and azimuth drift movements of hot particles under the influence of magnetic and static electric fields are then taken into account

Abstract (French)

Le travail presente ici concerne les mouvements de convection des particules ionisees energetiques dans la proche magnetosphere terrestre (distances geocentriques de l'ordre de 2 a 10 rayons terrestres) et les interactions entre ces particules et les ondes qu'elles peuvent engendrer. De nombreuses mesures obtenues a l'aide de satellites ont montre qu'il existe, dans les regions qui nous interessent, des populations de plasma 'froid' et de plasma 'chaud', essentiellement composees de protons et d'electrons, la separation en deux populations, 'froide' et 'chaude', recouvrant deux gamnes d'energie E0 et E1 differentes (E0 < 1 eV; E1 de 1 a 100 keV et au-dela). Dans le chapitre II, nous rappelons rapidement un certain nombre de notions concernant les interactions cyclotroniques entre ondes et particules. Nous donnons un exenple de relation de dispersion concernant ces interactions et nous indiquons les approximations qu'il est possible de faire pour la simplifier. Nous insistons sur le role joue par le rapport des densites de plasma froid et chaud dans le coefficient d'amplification des ondes. Dans le chapitre III, nous etudions l'amplification des ondes et la diffusion des particules. La presence de particules chaudes presentant une anisotropie de temperature permet l'amplification des ondes cyclotroniques electroniques ou ioniques. Ces ondes peuvent se propager le long des lignes de force du champ statique B0 et etre eventuellement observees au sol. Les ondes engendrees agissent a leur tour sur les particules, et par diffusion dans l'espace des vitesses, tendent a reduire le desequilibre thermodynamique. Les particules diffusees voient donc leur vitesse parallele a B0 s'accroitre, et elles sont perdues en bout de ligne de force par collision avec des particules de l'atmosphere. Nous essayons de traiter le probleme de l'interaction des ondes et des particu1es d'une maniere auto-consistante, c'est-a-dire de calculer simultanement l'intensite spectrale des ondes emises et la fonction de distribution des particules resultant de la diffusion de celles-ci par les ondes. Nous examinons successivement le cas d'une interaction non-stationnaire et d'une interaction stationnaire. Ce n'est que dans ce dernier cas que nous effectuons des calculs complets. Les formules obtenues relient l'intensite des ondes emises, ou la fonction de distribution, a certains parametres mesurables du plasma: densite, vitesse thermique, anisotropie de temperature... Elles permettent donc des comparaisons avec des donnees d'ondes et de particules. Dans le chapitre IV, nous prenons en compte les mouvements de derives radiale et azimutale des particules chaudes sous l'influence des champs magnetique et electrique statiques. C'est ce que nous appellerons convection des particules au sens large. Nous pouvons alors etudier, en utilisant le theoreme de Liouville, la deformation des fonctions de distribution des particules soumises a ces champs statiques et par consequent, des coefficients d'amplification des ondes calcules a partir des fonctions de distribution, dans l'espace et/ou dans le temps. Ceci nous permet de relier entre elles differentes parties de l'espace et donc d'avoir une vue plus globale de la dynamique des interactions entre ondes et particules. Nous considerons d'abord le cas d'une derive azimutale pure, due uniquement au champ rnagnetique statique. Nous introduisons ensuite un champ electrique statique, mais nous effectuons dans ce cas les calculs avec une hypothese de stationnarite par rapport au temps. Nous comparons nos calculs sur les deformations des fonctions de distribution et sur les changements en frequence des coefficients d'amplification des ondes a des mesures obtenues a l'aide de satellites ou au sol. Dans la conclusion de ce travail, nous indiquons un certain nombre d'extensions possibles de nos calculs et, d'une maniere plus generale, des interactions entre ondes et particules

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Original title (French)
Injections de particules energetiques dans la magnetosphere. Consequences sur les deformations des fonctions de distribution et sur les interactions de gyroresonance

Identifiers

URL
http://www.iaea.org/inis/Contacts/;

Publishing Information

Imprint Pagination
181 p.
Report number
FRNC-TH--9674

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
48064481
Subject category
S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY; S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
CYCLOTRON HARMONICS; DISTRIBUTION FUNCTIONS; EARTH MAGNETOSPHERE; ELECTRIC FIELDS; ENERGY SPECTRA; GEOMAGNETIC FIELD; ION EXCHANGE; IONIZATION; IONIZED GASES; PARTICLE INTERACTIONS; PLASMA; PLASMA DRIFT; PLASMA INSTABILITY; PLASMA WAVES; SPECTRAL DENSITY
Descriptors DEC
EARTH ATMOSPHERE; FLUIDS; FUNCTIONS; GASES; HARMONICS; INSTABILITY; INTERACTIONS; MAGNETIC FIELDS; OSCILLATIONS; SPECTRA; SPECTRAL FUNCTIONS

Optional Information

Notes
16 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/