Кіріспе
Зарядталған бөлшектердің жиі шағылысуы Ферми үдеуі, кейде диффузиялық соққы үдеуі (Ферми үдеуінің кіші класы) деп аталады, бұл зарядталған бөлшектердің қайталап шағылысуы, әдетте магниттік айна арқылы (сондай-ақ орталықтан тепкілеу үдеу механизмі қараңыз). Ол өзінің атын алғаш ұсынған физик Энрико Фермиден алған. Бұл бөлшектердің астрофизикалық соққы толқындарында термиялық емес энергияны алуының басты механизмі деп саналады. Ол көптеген астрофизикалық модельдерде, әсіресе күн жарқындары мен супернова қалдықтары сияқты соққыларда маңызды рөл атқарады. Ферми үдеуінің екі түрі бар: бірінші реттік Ферми үдеуі (соққыларда) және екінші реттік Ферми үдеуі (қозғалмалы магниттелген газ бұлттарының ортасында). Екі жағдайда да механизмнің тиімді болуы үшін орта соқтығысусыз болуы керек. Өйткені Ферми үдеуі тек термиялық энергиядан жоғары энергияға ие бөлшектерге ғана қатысты, ал айналадағы бөлшектермен жиі соқтығысулар энергияның күрт жоғалуына және нәтижесінде үдеудің болмауына әкеледі.
Fermi acceleration, sometimes referred to as diffusive shock acceleration (a subclass of Fermi acceleration), is the acceleration that charged particles undergo when being repeatedly reflected, usually by a magnetic mirror (see also Centrifugal mechanism of acceleration). It receives its name from physicist Enrico Fermi who first proposed the mechanism. This is thought to be the primary mechanism by which particles gain non thermal energies in astrophysical shock waves. It plays a very important role in many astrophysical models, mainly of shocks including solar flares and supernova remnants. There are two types of Fermi acceleration: first order Fermi acceleration (in shocks) and second order Fermi acceleration (in the environment of moving magnetized gas clouds). In both cases the environment has to be collisionless in order for the mechanism to be effective. This is because Fermi acceleration only applies to particles with energies exceeding the thermal energies, and frequent collisions with surrounding particles will cause severe energy loss and as a result no acceleration will occur.
Бірінші реттік Ферми жылдамдауы
Шабуыл толқындары әдетте олардың алдында да, артында да қозғалатын магниттік біртектіліксіздіктерге ие. Зарядталған бөлшектің соққы толқыны арқылы (жоғары ағыстан төмен ағысқа қарай) өтуін қарастырайық. Егер ол магнит өрісінің қозғалатын өзгеруіне тап болса, бұл оны соққы арқылы кері (төмен ағыстан жоғары ағысқа қарай) жоғары жылдамдықпен шағылыстыра алады. Егер осыған ұқсас процесс жоғары ағыста орын алса, бөлшек қайтадан энергия жинайды. Мұндай көп рет шағылысу оның энергиясын күрт арттырады. Бұл процеске түскен көптеген бөлшектердің энергия спектрі (егер олар соққының құрылымына әсер етпесе) қуат заңы түрінде болады:
мұндағы спектрлік индекс релятивистік емес соққылар үшін тек соққының сығымдалу коэффициентіне ғана байланысты. "Бірінші реттік" термині соққыдан өту кезіндегі энергияның өсуі, соққы жылдамдығының жарық жылдамдығына бөлінген шамасына пропорционалды болғандықтан пайда болған.
Инъекция мәселесі
Ферми процестерінің бірінші реттік жұмбағы – инъекция мәселесі. Шок ортасында тек термиялық энергиядан едәуір артық энергияға ие бөлшектер ғана (кем дегенде бірнеше есе көп) шоқты кесіп өтіп, үдеу "ойынына" қатыса алады. Бөлшектердің бастапқыда осылайша жеткілікті жоғары энергияға ие болуына қандай механизм себепті екені әзірге белгісіз.
Фермидің екінші дәрежелі жылдамдауы
Екінші реттік Ферми үдеуі – кездейсоқ қозғалатын "магниттік айналар" күйінде зарядталған бөлшектің қозғалысы кезінде жинаған энергия мөлшерімен байланысты. Егер магниттік айна бөлшекке қарай жылжыса, онда бөлшектің энергиясы кернеуден кейін артады. Айна кері жылжыса, керісінше болады. Ферми (1949) осы ұғымды ғарыштық сәулелердің қалыптасу механизмін түсіндіру үшін пайдаланды. Бұл жағдайда магниттік айна – жылдызаралық магниттелген жылжымалы бұлт. Ферми, кездейсоқ қозғалыс ортасында алға соқтығысу ықтималдығы артқа соқтығысудан жоғары екенін айтты, сондықтан бөлшектер орташа есеппен үдеуге ие болады. Бұл кездейсоқ процесс қазір екінші реттік Ферми үдеуі деп аталады, себебі бір серпілістегі орташа энергия ұлғаюы айна жылдамдығының квадратына тәуелді. Дегенмен, осы физикалық жағдайдан күтілетін энергия спектрі, диффузиялық соққы үдеуі сияқты, әмбебап емес.