1. Численный критерий: – сильноионизированная плазма, – слабоионизированная плазма.

2. Временной критерий: если частота столкновений заряженных частиц друг с другом ( ) превышает частоту столкновений заряженных частиц с атомами ( ), то плазма сильно ионизирована: .

Колебания и излучения плазмы.

Рис. 6. Схема, поясняющая механизм возникновения ленгмюровских колебаний в плазме.

Причина колебаний – участие частиц плазмы в упорядоченных «коллективных» процессах, обусловленных «дальнодействием» кулоновского взаимодействия частиц, термодинамической неустойчивостью плазмы и неоднородностью распределения частиц. В результате частицы смещаются вдоль оси на расстояние ΔX и внутри объёма плазмы возникает электрическое поле порождающее силу F = eE = 4πN_ee² ΔX, стремящуюся возвратить электроны в исходное положение – возникают периодические колебания с частотой , где - масса частиц плазмы.

Колебания изменяют энергетическое состояние плазмы, следовательно изменяют её параметры и характер развития. Типы колебаний определяются частицами составляющими плазму.

Высокочастотный тип колебаний обусловлен движением электронов и носит название плазменных волн или ленгмюровских электронных колебаний.

Частота этих колебаний (плазменная частота) , здесь – угловая плазменная частота (ленгмюровская); - концентрация и масса электронов. Эта частота пропорциональна концентрации электронов в плазме .

Низкочастотный тип колебаний присущ массивным ионам плазмы (ионный звук). Угловая частота этих колебаний , где ‑ волновой вектор, а  ‑ длина волны колебаний.

В плазме, помещенной в магнитное поле возникают магнитогидродинамические колебания. Скорость распространения этих колебаний , где и ‑ масса и концентрация заряженных частиц в плазме. Эта скорость носит название альфвеновской по имени шведского ученого Х. Альфвена, открывшего эти колебания. При взаимодействии пучка электронов с электронами, участвующими в плазменных колебаниях, энергия электронов пучка преобразуется в энергию плазменных колебаний, амплитуда последних увеличивается. Это явление носит название пучковой неустойчивости. Частота этих колебаний , где ‑ концентрация электронов в пучке, а ‑ концентрация электронов в плазме. Если пучок электронов взаимодействует с ионами плазмы, участвующими в колебаниях («ионный звук»), происходит затухание колебаний, то есть возникает бунемановская неустойчивость. Частота таких колебаний .

Тормозное излучение – излучение испускаемое электроном при столкновении его с атомом плазмы (радиационное торможение).

Энергия излучения, испускаемая полностью ионизированной плазмой объемом в 1см³ за 1сек., равна эрг. Здесь Z обозначает порядковый номер элемента вещества плазмы.

При столкновении электрона с ионом плазмы возникает рекомбинационное излучение. Энергия рекомбинационного излучения . До температур порядка 10⁷К преобладает рекомбинационное излучение, свыше – тормозное.

В магнитном поле электрон плазмы вращается по ларморовской орбите с ускорением и излучает (по закону электродинамики) энергию – бетатронное излучение. Энергия его , где ‑ энергия электрона, а ‑ угол, между вектором его скорости и направлением магнитных силовых линий, H – напряжённость магнитного поля.

Рассмотренные выше колебания относятся к кинетическим неустойчивостям, т.е. к изменению распределения заряженных частиц по скоростям. Другая группа неустойчивостей, приводящая к перемещению областей плазмы, носит название гидродинамических неустойчивостей.

Неустойчивость плазменного шнура. Во внешнем магнитном поле в плазме, имеющей электрические неоднородности (неоднородное распределение заряженных частиц), возникает их направленное движение – электрический ток. Комбинация магнитное поле – электрический ток приводит к появлению силы (согласно закону Ампера) , где c – скорость света J – сила тока H – напряжённость магнитного поля. Вектор силы F перпендикулярен векторам J и H. Под действием этой силы плазма сжимается в шнур – цилиндрический объём. В шнуре устанавливается равновесие газокинетического и магнитного давлений. Высокая температура и большая концентрация частиц способствует возникновению неустойчивости шнура здесь - импульс частицы плазмы. Неустойчивость устраняется увеличением напряжённости магнитного поля, пропорционально ΔP.