Ioniset ääniaallot

Ioni-akustiset aallot (myös vain ioniääni ) ovat plasmassa olevia pitkittäisiä kvasielektrostaattisia aaltoja, jotka liittyvät ionien värähtelyyn . Ne voidaan virittää homogeenisessa isotrooppisessa plasmassa , jossa elektronien lämpötila on paljon korkeampi kuin ionien lämpötila.

Ioni-akustisten aaltojen olemassaolo on mahdollista vain, jos ehto

v_{Ti}\ll {\frac {\omega }{k))\ll v_{Te},

missä , ovat ionien ja vastaavasti elektronien lämpönopeudet ja , ovat aallon taajuus ja aaltoluku . Siten ioni-akustisen aallon vaihenopeuden tulee olla merkittävästi suurempi kuin ionien lämpönopeus, mutta merkittävästi pienempi kuin elektronien lämpönopeus. ${\displaystyle v_{Ti))$ $v_{{Te}}$ $\omega$ $k$ $v_{{ph}}=\omega /k$

Tässä tapauksessa ioni-akustisten aaltojen dispersiosuhteella on muoto

\omega (k)={\frac {kv_{s}}{\sqrt {1+(kr_{De})^{2}}}},

missä

v_{s}={\sqrt {\frac {T_{e}}{m_{i}}}}

on ionisen äänen nopeus (tässä on elektronien lämpötila, on ionien massa );

T_{e}

mi

r_{De}={\sqrt {\frac {T_{e}}{4\pi e^{2}N_{e0}}}}

on elektronien Debyen säde (tässä on alkuainevaraus , on häiritsemätön elektronipitoisuus ).

e

{\displaystyle N_{e0))

Suurten aallonpituuksien tapauksessa , joille , dispersiosuhde on ääniaalloille ominaisen lineaarisen riippuvuuden muodossa . Lyhyillä aallonpituuksilla, joille käänteinen suhde on totta , ioni-akustisten aaltojen vaihenopeus pyrkii nollaan ja niiden taajuus plasman ionitaajuuteen $kr_{{De}}\ll 1$ ${\displaystyle \omega (k)=kv_{s))$ $kr_{{De}}\gg 1$

\omega _{pi}={\sqrt {\frac {4\pi e^{2}N_{e0}}{m_{i}}}}.

Siten aallot rappeutuvat plasmavärähtelyiksi.

Mikäli elektronien ja ionien lämpötilat vaihtelevat hieman, ioni-akustisten aaltojen vaihenopeus on lähellä ionien lämpönopeutta, mikä johtaa aaltojen voimakkaaseen törmäysttömään vaimenemiseen ja niiden energian siirtymiseen plasmahiukkasiin.

Ioni-akustisten aaltojen amplitudin kasvaessa alkaa ilmaantua epälineaarisia vaikutuksia , jotka johtavat aaltorintaman jyrkkenemiseen. Dispersio kuitenkin estää jyrkytystä ja voi viime kädessä johtaa epälineaaristen ioni-akustisten aaltojen - niin sanottujen ioni-akustisten solitonien - olemassaoloon, jotka ovat avaruudessa eteneviä stabiileja, yksittäisiä ionitiheyden häiriöitä.

Kirjallisuus

4.1.3. Ioni- äänivärähtelyt // Plasman elektrodynamiikka / AI Akhiezer . - 2. painos, tarkistettu .. - M . : Nauka, 1974. - S. 152-154. – 720 s. -5000 kappaletta.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Iso venäläinen Britannica (verkossa)