Механізм прискорення Фермі

Механізми прискорення Фермі  — це механізми прискорення заряджених частинок (космічних променів) на рухомих магнітних неоднорідностях (2-го роду) та фронтах ударних хвиль (1-го роду). Механізм 2-го роду запропонований Енріко Фермі в 1949 році. 1977 року показана можливість більш ефективного прискорення на ударних хвилях залишків наднових, що було названо прискоренням Фермі 1-го роду.

Прискорення Фермі 1-го роду

Ударні хвилі — розриви в просторових розподілах гідродинамічних параметрів — досить поширене явище у Всесвіті. Заряджені частинки можуть зазнавати лобових зіткнень з ударною хвилею, збільшуючи свою енергію або навздогінних зіткнень, зменшуючи енергію. Процес може багатократно повторюватися. У середньому збільшення енергії частинок унаслідок лобових зіткнень перед фронтом переважають над втратами енергії в навздогінних зіткненнях за фронтом, що призводить до відносно повільного зростання енергії заряджених частинок з часом. На ударних хвилях залишків наднових протони можуть прискорюватися від енергій близько 10³ до 10¹⁵ еВ за приблизно 1000 років.

Функція розподілу за енергію має степеневий вигляд (у наближенні, що прискорювані частинки не впливають на фронт хвилі): $f(\epsilon )\sim \epsilon ^{-s}$. Такий спектр добре узгоджується з експериментом.

Прискоренням 1-го роду явище називається через те, що відносний приріст енергії пропорційний до першого степеня середньої швидкості магнітних неоднорідностей.

Прискорення Фермі 2-го роду

Прискорення Фермі 2-го роду стосується зміни енергії зарядженої частинки під час руху в середовищі, де є випадкові рухомі «магнітні дзеркала». Так, якщо магнітне дзеркало рухається в бік частинки, то після відбиття від нього енергія частинки збільшиться. У протилежному випадку (коли дзеркало віддаляється від частинки) енергія відбитої частинки зменшується. Це поняття було вперше було використано Фермі (1949) для пояснення механізму формування космічних променів. Фермі стверджував, що в середовищі випадкового руху, ймовірність зустрічного зіткнення більша, тому частинки частіше мають прискорюватись. Цей випадковий процес називається прискорення Фермі 2-го роду, оскільки середнє наданої частинці залежить від квадрата швидкості дзеркала $\beta _{m}^{2}$. Несподівано, у результаті такого прискорення, спектр енергій дуже схожий на спектр для прискорення Фермі 1-го роду.

Джерела

• О. Петрук ПРИСКОРЕННЯ ЧАСТИНОК НА УДАРНИХ ХВИЛЯХ. СТАЦІОНАРНІ РОЗВ'ЯЗКИ КІНЕТИЧНОГО РІВНЯННЯ [Архівовано 22 грудня 2015 у Wayback Machine.]