Неустойчивость плазмы.

Столкновение частиц плазмы приводит к процессам ионизации и диссоциации. В результате ионизации и диссоциации в плазме возникают новые частицы – ионы и ион-радикалы. При рекомбинации они исчезают.

Степень ионизации определяется по формуле Саха:

, (14)

где ,

- энергия ионизации.

Степень диссоциации можно определить по уравнению:

(15)

где m_a – масса атома A, I_AB – момент инерции молекулы AB, v – частота колебаний атома А, E_дисс – энергия диссоциации.

Константа парной рекомбинации:

где R – расстояние между ионами, E_дисс – энергия диссоциации, - приведенная масса ионов.

Эти процессы , протекающие по взаимно противоположным направлениям, влияют на устойчивость плазмы.

Возникновение частиц

(ионизация, диссоциация)

Исчезновения частиц

(рекомбинация)

Устойчивость плазмы

Условия устойчивости плазмы

1. <<1- условие идеальности;

2. , Где (радиус Бора) - условие неквантованности плазмы.

3. kT<< =27,2 эВ-температура плазмы меньше характерной атомной величины.

а) При низких температурах : V_рек>>V_{иониз , диссоц}

б) При высоких температурах : V_иониз , _диссоц возрастает, следовательно увеличивается V_рек, тогда V_{дисс,иониз} вновь уменьшается, то есть происходит релаксация отклонения от равновесия.

,где =2,4*10^-17-характерное атомное время.

;

где L – размер области плазмы, V – скорость ионизации.

При T=10 кэВ, , L=0,1 см

=

Поскольку время создания и жизни плазмы превышает время ее распада (релаксации), в устойчивом состоянии может состоять только идеальная плазма.

При любом временном отклонении от состояния равновесия плазмы (импульсное возбуждение плазмы, воздействие внешних сил, полей и т.д.) в результате процессов рекомбинации (в силу (б)) плазма возвратится в состояние равновесия. При постоянном действии внешних или внутренних сил, в стационарном состоянии может существовать и неидеальная плазма (плазма электролитов, твердых тел). В этом случае внешние (внутренние) силы наоборот препятствуют рекомбинации, разрушающей существование неидеальной плазмы.

Плазма во внешних полях. Плазма во внешнем однородном электрическом поле.

Рис. 7 Движение частицы в электрическом поле.

F=qE ; ; V_x=V₀; (равномерная)

V_y =V₀+at =V₀+ t(равномерноускоренное)

t=t_i x=V₀t;

Уравнение траектории частицы: (уравнение параболы). (16)

Кинетическая энергия при движении в электрическом поле изменится за счет работы, совершаемой полем, , где – разность потенциалов в точках 1 и 2. Тогда кинетическая энергия заряженной частицы в электрическом поле: , где Z = – кратность заряда. (17)

Вывод: во внешнем однородном электрическом поле заряженная частица двигается с ускорением по криволинейной траектории (параболе) в зависимости от направления начального ее движения и ее кинетическая энергия изменяется (в соответствии с зарядом частицы и напряженностью поля).

Внешнее однородное электрическое поле используется для увеличения скорости и кинетической энергии частиц.