Курсовые / Колебания и волны в плазме / Моя курсовая введение по кт и сф

При относительно высоких концентрациях плазмы n_en_e^*10¹⁶см^-3 переходы за счет столкновений преобладают над радиационными пе­реходами, а в разреженной плазме при n_e > n_e^*— наоборот. При n_e > n_e^* — стационарное состоя­ние — это локальное термодинамическое равновесие (ЛТР), при котором возбужденные состояния засе­лены в соответствии с равновесным распределением Больцмана, а ионизационный состав определяется системой уравнений Саха. Все термодинамические и транспортные характеристики плазмы (кроме поля излучения) при этом соответствуют термодинами­чески равновесным. Если n_e > n_e^* , но плазменная область является оптически плотной для линейчатого излучения, соответствующего наиболее сильным ра­диационным переходам (между состояниями ниже «узкого места»), то для этого диапазона спектра устанавливается близкая к равновесной плотность энергии излучения и также имеется локальное термо­динамическое равновесие.

Если же n_e > n_e^* и плотность энергии излучения намного меньше равновесного планковского значения (оптически прозрачное плазменное образование, т.е. k₀L₀ . 1, k₀— коэффициент поглощения в центре линии, L₀— характерный размер), то стационарное состояние плазмы есть коронарное равновесие. Сте­пень ионизации и возбуждения при этом меньше, чем при ЛТР, а распределения частиц, по состояниям и кратности ионизации очень слабо зависят от концен­трации плазмы.

Неравновесность называют рекомбинационной, если степень ионизации меньше, чем равновесная при данной температуре электронов и концентрации тяжелых частиц ₀. При >₀ неравновес­ность ионизационная.

Релятивистская и нерелятивистская плазма. Ре­лятивистские эффекты проявляются при приближе­нии скорости v_a частиц а к скорости света в вакууме с, т.е. при v_a/c 1 или при . 1, здесь — кинетическая энергия, m_а — масса покоящейся частицы. В нерелятивистском пределе с увеличением растёт v_a при m_а = const. Для релятивистских скоростей нарастание сопровождается увеличением m_а при примерном постоянстве v_a (v_a с). Переход от одного пре­дельного случая к другому, например для электронов, происходит при m_ec² 0,5МэВ, а для тяжелых частиц (атомы, ионы) — при 1-100 ГэВ (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Характеристики электронов в переходной области скоростей v_e c

Подавляющее большинство плазменных объектов относится к нерелятивистской плазме. Примерами ре­лятивистских систем плазменной электроники могут служить релятивистские пучки электронов и некото­рые космические объекты.

Высокотемпературная и низкотемпературная плазма. Плазменные объекты можно разделить на низкотемпературные с электронной температурой Т_е10³ эВ и высокотемпературные с Т_e10³ эВ. Фи­зика высокотемпературной плазмы связана, в основ­ном, с программой управляемого термоядерного син­теза (Т_е . 10³ эВ). Разделение плазмы на высоко­температурную и низкотемпературную не имеет глу­бокого физического смысла. Такая терминология со­храняется и сейчас, хотя в настоящее время исследу­ются плазменные объекты, непрерывно заполняющие температурный спектр от долей эВ до десятков кэВ и выше (рис. 1.1).

13