Etude de mécanismes de pertes de particules dans les ceintures artificielles de Van Allen

Study of electron loss from the artificial Van Allen belts

• Auteur / Autrice : Thierry Réveillé
• Direction : Pierre Bertrand, Alain Ghizzo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas et optoélectronique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Invariants adiabatiques

Interactions électron-électron

Modèles mathématiques

Environnement spatial

Van Allen, Ceinture de

Fokker-Planck, Équation de

Simulation par ordinateur

Résumé

Depuis l'étonnante découverte par James A. Van Allen de particules chargées très énergétiques autour de la terre en 1958, d'importantes études à la fois théoriques et expérimentales ont été menées afin de définir les mécanismes physiques majeurs gouvernant l'environnement radiatif terrestre. L'objet de notre travail est de décrire des expériences numériques pour simuler la décroissance et les pertes de particules dans les ceintures de Van Allen. L'objectif est de construire un modèle prédictif pour n'importe quelle condition initiale. Sous les effets des collisions avec l'atmosphère et des interactions résonantes cyclotroniques avec les ondes du mode whistler, l'évolution temporelle des électrons piégés dans les ceintures de radiation est décrite par une équation de Fokker-Planck. Nous avons développé un code qui résoud l'équation de Fokker-Planck moyennée en phases pour la fonction de distribution des quantités de mouvement des électrons exprimée sur les coquilles magnétiques, au sein de la magnétosphère. Les phénomènes physiques pris en compte dans le code incluent les opérateurs moyennés en phases de collisions et de diffusion quasi-linéaire due aux résonances cyclotroniques électroniques.

Since the surprising discovery by James A. Van Allen of high-energy charged particles surrounding the earth in 1958, intense studies both theoretical and experimental have been carried out to establish the dominant physical processes governing the earth's radiation environment. The purpose of our work is to describe numerical experiments to simulate the decay and particle loss in Van Allen belts. The goal is to construct a predictable model for any arbitrary initial condition. Under the effects of collisions with atmosphere and cyclotron resonance interactions with whistler mode waves, the temporal evolution of the trapped electrons in radiation belts is described by a Fokker-Planck equation. We have developed a code that solves the phase-averaged Fokker-Planck equation of the electron momentum distribution function on magnetic shells within the magnetosphere. The physical arguments incorporated in the code include phase-averaged, approximate collision operators and quasilinear diffusion due to electron cyclotron resonance.