В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Дебаевская экранировкаа
точное решение для φ :
потенциал Дебая
кулоновский потенциал
электрическое поле в плазме спадает экспоненциально быстродальнодействие ограничено
радиус Дебая |
дебаевский потенциал |
|
Low Temperature Plasmas: Fundamentals, Technologies and Techniques |
потенциал пространственного заряда |
Ed. R. Hippler, H. Kersten, M. Schmidt, K. Schoenbach, Wiley VCH (2008) |
|
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Проникновениеполяв плазмузму
электростатическое поле проникает в плазму не глубже rD
в плоской геометрии:
где x – расстояние от электрода
•Электрическое 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.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Разделениезарядовна границенице
разделение зарядов на свободной границе плазмы
rD
Электроны, вылетая по инерции из плазмы, нарушают квазинейтральность на длине порядка дебаевского радиуса экранирования rD и повышают потенциал плазмы.
(ni и ne — соответственно плотности ионов и электронов).
Свободный разлёт плазмы происходит со скоростями, превышающими тепловую скорость ионов !!!
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Значениедебаевского радиусаиуса
Когда набор заряженных частиц является плазмой?
→ в том случае, когда у этого набора частиц появляются какие-то новые свойства. Такими свойствами являются квазинейтральность и способность плазмы экранировать электрические поля. Эти свойства проявляются только в том случае, если мы возьмём достаточно большой ансамбль частиц: такой, что его
пространственные размеры превышают дебаевский радиус.
Дебаевскаясфера В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Рассмотрим частицу плазмы как пробный заряд плазма проявляет свои коллективные свойства только в больших объёмах (L >> rD)
Число частиц в дебаевской сфере (число Дебая):
оценим число Дебая:
пусть
n = 1014 см-3, T = 100 эВ тогда
rD = 7.4·10-4 см = 7.4 мкм ND = 1.7·105
|
1 |
|
|
|
|
|
|
идеальная плазма |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
10 |
0 |
10 |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
3 |
|
|
э |
|
э |
эВ |
|||
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||
см |
10-4 |
|
|
0 |
К |
|
В |
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|||
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
межчастичное |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
растояние |
|
|
|
|
|
|
||
неидеальная плазма 
10-8
боровский радиус
108 |
1012 |
1016 |
1020 |
n, см-3
Число Дебая является мерой идеальности плазмы
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 1
Энергиявзаимодействия частицыстицы
Найдём энергию взаимодействия частицы с плазмой.
модель: двухкомпонентная плазма с однозарядными ионами
Всреднем потенциал вокруг каждой частицы равен:
←потенциал экранирующих частиц плазмы
отсюда потенциал экранирующих частиц:
← экранирующий потенциал в точке расположения пробной частицы
энергия взаимодействия заряда q с окружающей плазмой: