Основы физики плазмы

плазмы М. Атомиздат 1964 г 2. Смирнов Б.М.

Введение в физику плазмы М. Наука, 1975 3. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М. Наука, 1975г. 4. Бекефи Дж. Радиационные процессы в плазме. М. Мир, 1971 г. 5. Смирнов Б.М. Физика слабоионизированного газа. М. Наука, 1978 г. 6. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. Госатомиздат 1961г. 7. Радциг А.А., Смирнов Б.М. Справочник по атомной И молекулярной физике. М. Атомиздат 1978 г.

Литература

1019 (число электронов или ионов в см3) (плотность воздуха)
Такую

плазму называют слабонеидеальной.

Понятие плазмы

плазмы находится подавляющая часть видимого вещества Вселенной — звёзды, звёздные

атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда. Около Земли плазма. существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли (образуя радиационные пояса Земли) и ионосферу.

in the Virgo Cluster, imaged with the Hubble Space
Telescope

Planetary Camera at full resolution.

(Courtesy of NASA)

"Every time you look up at the sky, every one of those points
of light is a reminder that fusion power is extractable from
hydrogen and other light elements, and it is an everyday reality
throughout the Milky Way Galaxy."
--- Carl Sagan, Spitzer Lecture, October 1991

вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности

положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.

Термин «плазма» в физике был введён в 1923 американскими учёными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, проводившими зондовые измерения параметров низкотемпературной газоразрядной плазмы.

такое плазма?
Плазма=квазинейтральный газ заряженных частиц
При достаточно сильном нагревании любое вещество

испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

U=1В
mV2
2
eU=

kT
eU[Дж]
kT[Дж]


[эВ]

T[эВ]
Система единиц-СГС
1эв=1,6*10-19 Дж
1эв~10604,5

0K
1эв= 8065,48 см-1

движение частиц )

В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных

газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительно более «дальнодействующими»), чем силы взаимодействия нейтральных частиц.
По этой причине взаимодействие частиц в плазме. является, строго говоря, не «парным», а «коллективным» — одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц.
Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму (в то время как они весьма слабо действуют на нейтральные газы), вызывая появление в плазме объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств плазмы..

движение частиц)

волны Де-Бройля
«Плазменный» масштаб-
расстояние между частицами
Классическая плазма:

неидеальная плазма.

T – n диаграмма

1 106

1010 1016 1020 1026
n,см-3

классическая

вырожденная

1

100

0.01

104

идеальная

идеальная

неидеальная

неидеальная

Те, эВ

1016 1020 1026

n,см-3

классическая

вырожденная

1

100

0.01

104

идеальная

идеальная

неидеальная

неидеальная

Те, эВ

высокотемпературная

низкотемпературная

-

T-n диаграмма

T – n диаграмма T,

1 106 1010 1016 1020 1026
n,см-3

классическая

вырожденная

1

100

0.01

104

идеальная

Те, эВ

неидеальная

идеальная

неидеальная

T, n параметры различных плазм
Литература

Критерии плазменного состояния:


Наличие свободных заряженных частиц.

Квазинейтральность.

Характерный

размер плазменного объема
больше характерного размера на котором
возможно разделение зарядов.

Плазма-квазинейтральна

На каком масштабе
сохраняется
квазинейнтральность
плазмы?

Е=0

α=ne/no>0

ne≈ ni

Lpl >lδq

разделение зарядов
Временной масштаб:
l
Е
сила
За это время прилетят электроны
и сравняют флуктуацию

плоского слоя плазмы:
-смещение электронов
Плазменная частота
Ленгмюровские колебания

поле отдельной частицы в плазме «экранируется» частицами противоположного знака, т.

е. практически исчезает, на расстояниях порядка rD от частицы. Величина rD определяет и глубину проникновения внешнего электростатического поля в плазму (экранировка этого поля также вызывается появлением в плазме компенсирующих полей пространственных зарядов). Квазинейтральность может нарушаться вблизи поверхности плазмы, где более быстрые электроны вылетают по инерции за счёт теплового движения на длину ~ rD.

на длине порядка дебаевского радиуса экранирования rD и повышают потенциал

плазмы (ni, и ne — соответственно, плотности ионов и электронов).

3-пучок протонов,
4-газовая мишень, 5-магнит сепаратор, 6-атомарный пучок.











плазма
ионы

+
+
_
_
Дебаевская экранировка
rD