Плазменные насосы и ускорение плазмы

Между полюсами находится плазма. На частицы действует сила Лоренца, и плазма выбрасывается из пространства между полюсами магнита.

– в одном направлении

Это устройство называется кондукционный плазменный насос.

Имеются ещё рельсовые насосы – два провода, по которым течёт ток, между ними возникает поле. Перпендикулярно этому электрическому полю создают магнитное поле. Когда в эти поля впрыскивается плазма, она приходит в движение.

Плазменная пушка

Два коаксиальных сосуда, между ними радиально идёт ток. Между сосудами плазма. Этот ток создаёт электрическое поле. Наличие этого поля приводит к воздействию на плазму. Плазма выталкивается в направлении вдоль оси (непрерывно или импульсно).

Вращающаяся плазма

Между цилиндрами – плазма. Внутри цилиндра – просто проволока. Между цилиндрами течёт ток через плазму. Магнитное поле направляется параллельно оси цилиндра. Иногда вместо внутреннего цилиндра или проволоки не помещают ничего, но создают ток из плазменной пушки.

При этом на плазму действует магнитное поле , а– по радиусу. Плазма приходит во вращение с большой скоростью.

Эта плазма содержит большой запас энергии. Плазма несёт энергию за счёт кинетической энергии частиц и за счёт поля.

Система представляет собой цилиндрический конденсатор, т.е. несёт большой запас поля.

– запас поля,для плазмы очень велико.

Колебания плазмы

В плазме возникают самые разнообразные колебания.

Во-первых, плазма имеет неравновесность, эта неравновесность вызывает колебания. Эти электрические колебания (электромагнитные волны, электростатические колебания) приводят к движению частиц плазмы, что приводит к акустическим колебаниям.

Обычно одновременно в плазме существуют разные виды колебаний, но какие-то в данный момент являются основными.

Можно говорить и о плазменном звуке.

Если плазма неограниченна, в ней возникает бегущая электромагнитная волна. Пространство неограниченно, если его размеры больше длины волны. Частоты стоящих волн – собственные частоты, наименьшая частота – основная частота, остальные – обертоны. Стоячая волна возникает в ходе многочисленных соударений.

Колебания в плазме затухают. Плазма является диссипативной средой. Консервативная среда – в которой кинетическая энергия не превращается в тепло. Диссипативная – часть кинетической энергии переходит в тепло. Кинетическая энергия частиц, участвующих в колебаниях, переходит в тепловую энергию плазмы.

Упорядоченное движение плазмы вследствие соударений превращается в хаотическое (тепловое). Это явление диссипации. Бывает так, что плазма движется как целое, но происходит переход кинетической энергии в другие формы энергии. Это происходит за счёт того, что проводимость плазмы не бесконечна, а следовательно в ней выделяется тепло Джоуля – Ленца. Это называют вязким течением плазмы.

Плазменные колебания

Эти специфические колебания свойственны только плазме. В плазме возникают флуктуации. Вследствие этого слой плазмы, площадью S, смещается на расстояниеX.SX– объём этого слоя.

SXn₀– число сместившихся зарядов

SXn₀e–сместившийся заряд

Образовался конденсатор:– сила упругости;

Вот плазменная частота, частота плазменных (электрических) колебаний.

У солнечной короны n₀= 10⁸см^-3, и частота ~ МГц, а излучение происходит в метровом диапазоне. Концентрация электронов в технической плазме – 10¹²см^-3, все значения частоты на два порядка больше. Эта плазма излучает в сантиметровом диапазоне.

Если колебания создаются ионами, то в формуле вместо mбудет масса соответствующего иона. Для самого лёгкого иона – протона частота колебаний будет меньше в 40 раз.

Электромагнитные колебания поперечны, а плазменные колебания – продольные.

Плазменные колебания вызывают акустические колебания. Если плазменные колебания создаются электронами, то плазма издаёт электронный звук, а скорость его определяется выражением:

, где

Искусственно создают плазменные колебания, пропуская через плазму электронный луч с помощью электронной пушки.