Plasma

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 2. lokakuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Plasma ( kreikan sanasta πλάσμα "veistetty, muotoiltu") on ionisoitunut kaasu , yksi neljästä klassisesta aineen tilasta .

Ionisoitu kaasu sisältää vapaita elektroneja sekä positiivisia ja negatiivisia ioneja . Laajemmin plasma voi koostua kaikista varautuneista hiukkasista (kuten kvarkki-gluoniplasma ). Kvasineutraalius tarkoittaa, että kokonaisvaraus missä tahansa tilavuudessa, järjestelmän mittoihin verrattuna pieni, on yhtä suuri kuin nolla, mikä on sen keskeinen ero muihin varautuneita hiukkasia (esim. elektroni- tai ionisäteitä) sisältäviin järjestelmiin. Koska kun kaasu kuumennetaan riittävän korkeisiin lämpötiloihin, se siirtyy plasmaksi, sitä kutsutaan neljänneksi ( kiinteän , nestemäisen ja kaasumaisen ) aineen aggregaatiotilaksi.

Koska plasman varautuneet hiukkaset ovat liikkuvia , plasmalla on kyky johtaa sähköä . Kiinteässä tapauksessa plasma suojaa siihen nähden jatkuvaa ulkoista sähkökenttää varausten avaruudellisen erottelun vuoksi. Varautuneiden hiukkasten lämpötilan nollasta poikkeavan lämpötilan vuoksi on kuitenkin olemassa vähimmäisasteikko , jota pienemmillä etäisyyksillä kvasineutraalius rikotaan.

Löytöhistoria

W. Crookes löysi neljännen aineen tilan vuonna 1879 , ja I. Langmuir nimesi sen "plasmaksi" vuonna 1928 . Langmuir kirjoitti [1] :

Lukuun ottamatta elektrodien lähellä olevaa tilaa, jossa on pieni määrä elektroneja, ionisoitu kaasu sisältää ioneja ja elektroneja lähes yhtä paljon, minkä seurauksena järjestelmän kokonaisvaraus on hyvin pieni. Käytämme termiä "plasma" kuvaamaan tätä yleisesti sähköisesti neutraalia aluetta, joka koostuu ioneista ja elektroneista.

Muinaiset filosofit uskoivat, että maailma koostuu neljästä elementistä: maasta, vedestä, ilmasta ja tulesta. Voidaan sanoa, että tämä asema, ottaen huomioon tietyt oletukset, sopii moderniin käsitykseen neljästä aineen aggregaattitilasta, ja tuli vastaa plasmaa. Plasman ominaisuuksia tutkii plasmafysiikka .

Laji

Tämän päivän käsityksen mukaan maailmankaikkeuden baryonisen aineen (massan mukaan noin 99,9 %) faasitila on plasma. [2] Kaikki tähdet on tehty plasmasta, ja jopa niiden välinen tila on täynnä plasmaa, vaikkakin hyvin harvinaista (katso tähtienvälinen avaruus ). Esimerkiksi planeetta Jupiter on keskittänyt itseensä lähes kaiken aurinkokunnan aineen , joka on "ei-plasma" -tilassa ( nestemäinen , kiinteä ja kaasumainen ). Samaan aikaan Jupiterin massa on vain noin 0,1 % aurinkokunnan massasta ja tilavuus on vielä pienempi: vain 10–15 %. Samanaikaisesti pienimmät pölyhiukkaset, jotka täyttävät ulkoavaruuden ja kuljettavat tietyn sähkövarauksen, voidaan katsoa yhdessä superraskaista varautuneista ioneista koostuvana plasmana (katso pölyinen plasma ).

Plasman tyypillisimmät muodot
Keinotekoisesti luotu plasma Aine loistelamppujen (mukaan lukien kompaktien ) ja neonlamppujen sisällä [3] Plasma rakettimoottorit Otsonigeneraattorin purkauskorona _ Hallittu fuusiotutkimus Sähkökaari kaarilampussa ja kaarihitsauksessa _ Plasmalamppu (katso kuva yllä) Valokaaripurkaus Teslan muuntajasta Lasersäteilyn vaikutus aineeseen Ydinräjähdyksen hehkuva pallo Plasma -TV-näytöt ja -näytöt	Maanpäällinen luonnollinen plasma Salama Pyhän Elmon tuli Ionosfääri Revontulet Liekki (matalan lämpötilan plasma)	Avaruus ja astrofyysinen plasma Aurinko ja muut tähdet (ne, jotka ovat olemassa lämpöydinreaktioiden seurauksena ) aurinkoinen tuuli Ulkoavaruus ( planeettojen , tähtien ja galaksien välinen tila ) tähtienväliset sumut

Ominaisuudet ja asetukset

Plasman määritelmä

Plasma on osittain tai täysin ionisoitunut kaasu, jossa positiivisten ja negatiivisten varausten tiheydet ovat lähes samat. [4] Jokaista varautuneiden hiukkasten järjestelmää ei voida kutsua plasmaksi. Plasmalla on seuraavat ominaisuudet: [5] [6] [7]

Riittävä tiheys : Varautuneiden hiukkasten on oltava riittävän lähellä toisiaan, jotta jokainen niistä on vuorovaikutuksessa lähekkäin olevien varautuneiden hiukkasten järjestelmän kanssa. Edellytyksen katsotaan täyttyvän, jos varautuneiden hiukkasten määrä vaikutusalueella (pallo , jonka säde on Debye ) on riittävä kollektiivisten vaikutusten esiintymiseen (sellaiset ilmenemismuodot ovat plasman tyypillinen ominaisuus). Matemaattisesti tämä ehto voidaan ilmaista seuraavasti:

r_{D}^{3}N\gg 1,

missä on varautuneiden hiukkasten pitoisuus.

N

Sisäisten vuorovaikutusten prioriteetti : Debyen seulontasäteen on oltava pieni verrattuna plasman ominaiskokoon. Tämä kriteeri tarkoittaa, että plasman sisällä tapahtuvat vuorovaikutukset ovat merkittävämpiä kuin vaikutukset sen pintaan, mikä voidaan jättää huomiotta. Jos tämä ehto täyttyy, plasmaa voidaan pitää lähes neutraalina. Matemaattisesti se näyttää tältä:

{r_{D} \over L}\ll 1.

Plasmataajuus : Keskimääräisen hiukkastörmäysten välisen ajan on oltava suuri verrattuna plasman värähtelyjaksoon . Nämä vaihtelut johtuvat sähkökentän varaukseen kohdistuvasta vaikutuksesta , joka johtuu plasman kvasineutraaliuden rikkomisesta. Tämä kenttä pyrkii palauttamaan häiriintyneen tasapainon. Palattuaan tasapainoasentoon, varaus ohittaa tämän asennon hitaudella , mikä taas johtaa voimakkaan paluukentän ilmaantumiseen, esiintyy tyypillisiä mekaanisia värähtelyjä . [8] Kun tämä ehto täyttyy, plasman sähködynaamiset ominaisuudet hallitsevat molekyylikineettisiä ominaisuuksia . Matematiikan kielellä tällä ehdolla on muoto:

\tau \omega _{{pl}}\gg 1.

Luokitus

Plasma jaetaan yleensä ihanteelliseen ja ei- ideaaliseen , matalalämpötilaiseen ja korkealämpötilaiseen , tasapainoiseen ja epätasapainoiseen , kun taas melko usein kylmä plasma on epätasapainoinen ja kuumatasapainoinen.

Lämpötila

Plasma jaetaan matalalämpöiseen (lämpötila alle miljoona K ) ja korkealämpöiseen (lämpötila yksi miljoona K ja yli). Tämä jako johtuu korkean lämpötilan plasman merkityksestä hallitun lämpöydinfuusion ongelmassa. Eri aineet siirtyvät plasmatilaan eri lämpötiloissa, mikä selittyy aineen atomien ulkoisten elektronikuorten rakenteella: mitä helpommin atomi luovuttaa elektronin, sitä alhaisempi on plasmatilaan siirtymisen lämpötila [ 9] .

Epätasapainoisessa plasmassa elektronien lämpötila ylittää olennaisesti ionien lämpötilan. Tämä johtuu ionin ja elektronin massojen eroista, mikä estää energianvaihtoprosessia. Tämä tilanne syntyy kaasupurkauksissa, kun ionien lämpötila on noin satoja ja elektronien noin kymmeniä tuhansia K.

Tasapainoplasmassa molemmat lämpötilat ovat samat. Koska ionisaatioprosessin toteuttamiseen tarvitaan ionisaatiopotentiaaliin verrattavissa olevia lämpötiloja, tasapainoplasma on yleensä kuumaa (lämpötila yli useita tuhansia K).

Ionisaatioaste ja -kerroin

Jotta kaasu pääsisi plasmatilaan, se on ionisoitava . Ionisaatioaste on verrannollinen elektroneja luovuttaneiden tai absorboineiden atomien lukumäärään ja riippuu ennen kaikkea lämpötilasta . Jopa heikosti ionisoidulla kaasulla, jossa alle 1 % hiukkasista on ionisoidussa tilassa, voi olla joitain plasman tyypillisiä ominaisuuksia (vuorovaikutus ulkoisen sähkömagneettisen kentän kanssa ja korkea sähkönjohtavuus ).

Ionisaatioaste α määritellään , jossa n i on ionien pitoisuus ja n a on neutraalien atomien pitoisuus. Vapaiden elektronien pitoisuus varautumattomassa plasmassa n e määräytyy ilmeisellä suhteella: , jossa — on plasma- ionien keskimääräinen varaus tai plasman ionisaatiokerroin. Ilmeisesti α :n maksimiarvo on 1 (tai 100 %), tällaista plasmaa kutsutaan täysin ionisoiduksi. ${\displaystyle \alpha ={n_{i} \over (n_{i}+n_{a)))))$ $n_{e}={\bar {Z}}n_{i}$ ${\bar {Z))$

Matalan lämpötilan plasmalle on ominaista alhainen ionisaatioaste (jopa 1 %). Koska tällaisia plasmoja käytetään melko usein teknologisissa prosesseissa, niitä kutsutaan joskus teknisiksi plasmoiksi. Useimmiten ne luodaan käyttämällä sähkökenttiä, jotka kiihdyttävät elektroneja, jotka puolestaan ionisoivat atomeja. Sähkökentät tuodaan kaasuun induktiivisella tai kapasitiivisella kytkennällä (katso induktiivisesti kytketty plasma ). Tyypillisiä matalan lämpötilan plasman käyttökohteita ovat plasmapinnan modifiointi (timanttikalvot, metallin nitraus, kostuvuuden modifiointi), plasmapinnan etsaus (puolijohdeteollisuus), kaasun ja nesteen puhdistus (veden otsonointi ja noenpoltto dieselmoottoreissa).

Kuuma plasma on lähes aina täysin ionisoitunut (ionisaatioaste on ~100 %). Yleensä hän on se, joka ymmärretään " aineen neljänneksi aggregaatiotilaksi ". Esimerkkinä aurinko .

Hiukkasten pitoisuus plasmassa

Lämpötilan lisäksi, joka on olennaisen tärkeä plasman olemassaolon kannalta, plasman toiseksi tärkein ominaisuus on varautuneiden hiukkasten pitoisuus. Ilmaus plasmakonsentraatio tarkoittaa yleensä elektronipitoisuutta , eli vapaiden elektronien määrää tilavuusyksikköä kohti. Kvasineutraalissa plasmassa ionipitoisuus suhteutetaan siihen ionien keskimääräisen varausluvun avulla : . Seuraava tärkeä suure on neutraalien atomien pitoisuus . Kuumassa plasmassa se on pieni, mutta silti se voi olla tärkeä plasmassa tapahtuvien prosessien fysiikan kannalta. Tarkasteltaessa prosesseja tiheässä, ei-ideaalisessa plasmassa, ominaiskonsentraatioparametriksi tulee , joka määritellään keskimääräisen hiukkasten välisen etäisyyden suhteeksi Bohrin säteeseen . $\langle Z\rangle$ $n_{e}=\langle Z\rangle n_{i}$ $n_{0}$ $n_{0}$ $r_{s}$

Kvasineutraalius

Koska plasma on erittäin hyvä johdin, sähköiset ominaisuudet ovat tärkeitä. Plasmapotentiaali tai avaruuspotentiaali on sähköpotentiaalin keskiarvo tietyssä avaruuden pisteessä. Jos kappale viedään plasmaan, sen potentiaali on yleensä pienempi kuin plasmapotentiaali Debye-kerroksen ilmaantumisen vuoksi. Tällaista potentiaalia kutsutaan kelluvaksi potentiaaliksi . Hyvän sähkönjohtavuuden ansiosta plasma pyrkii suojaamaan kaikkia sähkökenttiä. Tämä johtaa kvasineutraaliuden ilmiöön - negatiivisten varausten tiheys hyvällä tarkkuudella on yhtä suuri kuin positiivisten varausten tiheys ( ). Plasman hyvästä sähkönjohtavuudesta johtuen positiivisten ja negatiivisten varausten erottaminen on mahdotonta etäisyyksillä, jotka ovat suurempia kuin Debye-pituus ja aikoina, jotka ovat suurempia kuin plasman värähtelyjakso. $n_{e}=\langle Z\rangle n_{i}$

Esimerkki ei-kvasineutraalista plasmasta on elektronisuihku. Ei-neutraalien plasman tiheyden on kuitenkin oltava hyvin pieni, muuten ne hajoavat nopeasti Coulombin hylkimisen vuoksi.

Erot kaasumaisesta tilasta

Plasmaa kutsutaan usein aineen neljänneksi tilaksi . Se eroaa kolmesta vähemmän energisestä aineen aggregaattitilasta, vaikka se on samanlainen kuin kaasufaasi, koska sillä ei ole tiettyä muotoa tai tilavuutta. Tähän asti on keskusteltu siitä, onko plasma erillinen aggregaatiotila vai vain kuuma kaasu. Useimmat fyysikot uskovat, että plasma on enemmän kuin kaasu, väittäen tämän mielipiteen seuraavilla eroilla:

Omaisuus	Kaasu	Plasma
sähkönjohtavuus	Erittäin pieni Esimerkiksi ilma on erinomainen eriste , kunnes se siirtyy plasmatilaan ulkoisen 30 kilovoltin senttimetrin sähkökentän vaikutuksesta . [kymmenen]	Erittäin korkea Huolimatta siitä, että pieni mutta kuitenkin äärellinen potentiaalin pudotus tapahtuu virran kulun aikana, voidaan monissa tapauksissa plasman sähkökentän olevan nolla. Sähkökentän olemassaoloon liittyvät tiheysgradientit voidaan ilmaista Boltzmannin jakauman avulla. Kyky johtaa virtoja tekee plasmasta erittäin herkän magneettikentän vaikutuksille, mikä johtaa sellaisten ilmiöiden kuin filamentoitumisen, kerrosten ja suihkujen esiintymiseen. Kollektiivisten vaikutusten esiintyminen on tyypillistä, koska sähköiset ja magneettiset voimat ovat pitkän kantaman ja paljon voimakkaampia kuin gravitaatiovoimat.
Hiukkastyyppien lukumäärä	Yksi Kaasut koostuvat toistensa kaltaisista hiukkasista, jotka ovat lämpöliikkeessä ja liikkuvat myös painovoiman vaikutuksesta ja ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vain suhteellisen pienillä etäisyyksillä.	Kaksi, kolme tai useampia elektroneja, ioneja ja neutraaleja hiukkasia eroavat sähköpostin merkillä. latautuvat ja voivat käyttäytyä toisistaan riippumatta - niillä on erilaiset nopeudet ja tasaiset lämpötilat, mikä aiheuttaa uusien ilmiöiden, kuten aaltojen ja epävakauksien, ilmaantumista.
Nopeuden jakautuminen	Maxwellin hiukkasten törmäykset keskenään johtavat nopeuksien Maxwell-jakaumaan , jonka mukaan hyvin pienellä osalla kaasumolekyyleistä on suhteellisen suuret nopeudet.	Voi olla ei-maxwellilainen Sähkökentät vaikuttavat hiukkasten nopeuksiin eri tavalla kuin törmäykset, jotka johtavat aina nopeusjakauman maksimointiin. Coulombin törmäyksen poikkileikkauksen nopeusriippuvuus voi vahvistaa tätä eroa, mikä johtaa vaikutuksiin, kuten kahden lämpötilan jakautumiseen ja karkaaviin elektroneihin .
Vuorovaikutuksen tyyppi	Binaari Kahden hiukkasen törmäykset, kolmen hiukkasen törmäykset ovat yleensä erittäin harvinaisia.	Kollektiivinen Jokainen hiukkanen on vuorovaikutuksessa monen kanssa kerralla. Näillä kollektiivisilla vuorovaikutuksilla on paljon suurempi vaikutus kuin kahden kehon vuorovaikutuksella.

Monimutkaiset plasmailmiöt

Vaikka plasman tiloja kuvaavat perusyhtälöt ovat suhteellisen yksinkertaisia, ne eivät joissain tilanteissa pysty heijastamaan riittävästi todellisen plasman käyttäytymistä: tällaisten vaikutusten esiintyminen on tyypillinen ominaisuus monimutkaisille järjestelmille, jos niitä kuvaamaan käytetään yksinkertaisia malleja . Vahvin ero plasman todellisen tilan ja sen matemaattisen kuvauksen välillä havaitaan ns. rajavyöhykkeillä, joissa plasma siirtyy fysikaalisesta tilasta toiseen (esimerkiksi tilasta, jossa on alhainen ionisaatioaste korkeaan tilaan). ionisaatio yksi). Tässä plasmaa ei voida kuvata yksinkertaisilla sileillä matemaattisilla funktioilla tai käyttämällä todennäköisyyspohjaista lähestymistapaa. Vaikutukset, kuten plasman muodon spontaani muutos, ovat seurausta plasman muodostavien varautuneiden hiukkasten vuorovaikutuksen monimutkaisuudesta . Tällaiset ilmiöt ovat mielenkiintoisia siinä mielessä, että ne ilmenevät äkillisesti eivätkä ole vakaita. Monet niistä tutkittiin alun perin laboratorioissa ja löydettiin sitten maailmankaikkeudesta.

Matemaattinen kuvaus

Plasmaa voidaan kuvata eri yksityiskohtaisilla tasoilla. Plasma kuvataan yleensä erillään sähkömagneettisista kentistä. Johtavan nesteen ja sähkömagneettisten kenttien yhteinen kuvaus on annettu magnetohydrodynaamisten ilmiöiden tai MHD-teoriassa.

Nestemäinen (neste) malli

Nestemallissa elektroneja kuvataan tiheydellä, lämpötilalla ja keskinopeudella. Malli perustuu: tiheyden tasapainoyhtälöön, liikemäärän säilymisyhtälöön, elektronien energiatasapainoyhtälöön. Kahden nesteen mallissa ioneja tarkastellaan samalla tavalla.

Kineettinen kuvaus

Joskus nestemalli ei riitä kuvaamaan plasmaa. Tarkemman kuvauksen antaa kineettinen malli, jossa plasmaa kuvataan elektronien jakautumisfunktiona koordinaateissa ja momenteissa. Malli perustuu Boltzmannin yhtälöön . Boltzmannin yhtälöä ei voida soveltaa Coulombin vuorovaikutuksen omaavien varautuneiden hiukkasten plasman kuvaamiseen Coulombin voimien pitkän kantaman luonteen vuoksi. Siksi Coulombin vuorovaikutuksen omaavan plasman kuvaamiseen käytetään Vlasov-yhtälöä , jossa on varautuneiden plasmahiukkasten luoma itsestään yhtenäinen sähkömagneettinen kenttä. Kineettistä kuvausta on sovellettava termodynaamisen tasapainon puuttuessa tai plasman voimakkaiden epähomogeenisuuksien läsnä ollessa.

Particle-In-Cell (hiukkanen solussa)

Particle-In-Cell -malleja käytetään kineettisten yhtälöiden numeeriseen ratkaisemiseen. Ne sisältävät kineettistä tietoa seuraamalla suuren määrän yksittäisiä kvasihiukkasia, joista jokainen vastaa tiettyä määrää todellisia hiukkasia (jakaumafunktion integraali vaiheavaruudessa rajoitetulla alueella). Sähkövarauksen ja virran tiheydet määritetään summaamalla solujen varaus ja kvasihiukkaset, jotka ovat pieniä verrattuna tarkasteltavaan ongelmaan, mutta sisältävät kuitenkin suuren määrän kvasihiukkasia. Sähkö- ja magneettikentät löytyvät solurajojen varaustiheyksistä ja virroista. Älä sekoita PIC-malleja plasman muodostavien todellisten hiukkasten - elektronien ja ionien - liikeyhtälöiden suoraan integrointiin, koska kvasihiukkasten kokonaismäärä PIC-malleissa on yleensä useita suuruusluokkia pienempi.

Perustilastot

Kaikki suureet on annettu Gaussin cgs -yksiköissä paitsi lämpötila, joka on annettu eV:na ja ionimassa, joka on annettu protonimassayksiköissä ; Z on varausnumero; k on Boltzmannin vakio; K on aallonpituus; γ on adiabaattinen indeksi; Ln Λ on Coulombin logaritmi. $\mu =m_{i}/m_{p}$

Taajuudet

Elektronin suurtaajuus , elektronin ympyräliikkeen kulmataajuus tasossa, joka on kohtisuorassa magneettikenttään nähden:

\omega _{ce}=eB/m_{e}c=1,76\times 10^{7}B{\mbox{rad/s)).

Ionin Larmor-taajuus, ionin ympyräliikkeen kulmataajuus tasossa, joka on kohtisuorassa magneettikenttään nähden:

\omega _{ci}=eB/m_{i}c=9,58\times 10^{3}Z\mu ^{-1}B{\mbox{rad/s)).

Plasman taajuus (plasmavärähtelyn taajuus, Langmuir-taajuus), taajuus, jolla elektronit värähtelevät tasapainoasennon ympärillä siirtyen ioneihin nähden:

\omega _{pe}=(4\pi n_{e}e^{2}/m_{e})^{1/2}=5,64\kertaa 10^{4}n_{e}^{ 1/2}{\mbox{rad/s}}.

Ioniplasmataajuus:

\omega _{pi}=(4\pi n_{i}Z^{2}e^{2}/m_{i})^{1/2}=1,32\kertaa 10^{3}Z \mu ^{-1/2}n_{i}^{1/2}{\mbox{rad/s}}.

Elektronien törmäystaajuus

\nu _{e}=2,91\times 10^{-6}n_{e}\,\ln \Lambda \,T_{e}^{-3/2}{\mbox{s}}^ {-yksi}.

Ionien törmäystaajuus

\nu _{i}=4,80\times 10^{-8}Z^{4}\mu ^{-1/2}n_{i}\,\ln \Lambda \,T_{i}^ {-3/2}{\mbox{s}}^{-1}.

Pituudet

De Broglien elektronin aallonpituus, elektronin aallonpituus kvanttimekaniikassa:

\lambda \!\!\!\!-=\hbar /(m_{e}kT_{e})^{1/2}=2,76\kertaa 10^{-8}\,T_{e} ^{-1/2}\,{\mbox{cm}}.

Klassisessa tapauksessa pienin lähestymisetäisyys , jota kutsutaan myös Landaun pituudeksi, on pienin etäisyys, jonka kaksi varautunutta hiukkasta voivat lähestyä otsatörmäyksessä ja hiukkasten lämpötilaa vastaava alkunopeus, kvanttimekaaniset vaikutukset huomiotta:

e^{2}/kT=1,44\kertaa 10^{-7}\,T^{-1}\,{\mbox{cm)).

Elektronin gyromagneettinen säde, elektronin ympyräliikkeen säde magneettikenttää vastaan kohtisuorassa tasossa:

r_{e}=v_{Te}/\omega _{ce}=2,38\,T_{e}^{1/2}B^{-1}\,{\mbox{cm)).

Ionin gyromagneettinen säde , ionin ympyräliikkeen säde magneettikenttään nähden kohtisuorassa tasossa:

r_{i}=v_{Ti}/\omega _{ci}=1,02\times 10^{2}\,\mu ^{1/2}Z^{-1}T_{i}^{ 1/2}B^{-1}\,{\mbox{cm}}.

Plasman ihon koko , etäisyys, jolla sähkömagneettiset aallot voivat tunkeutua plasmaan:

c/\omega _{pe}=5,31\times 10^{5}\,n_{e}^{-1/2}\,{\mbox{cm)).

Debye-säde (Debye-pituus) , etäisyys, jolla sähkökentät suojataan elektronien uudelleenjakauman vuoksi:

\lambda _{D}=(kT/4\pi ne^{2})^{1/2}=7,43\kertaa 10^{2}\,T^{1/2}n^{- 1/2}\,{\mbox{cm}}.

Nopeudet

Elektronin lämpönopeus , kaava elektronien nopeuden arvioimiseksi Maxwell-jakaumassa . Keskinopeus, todennäköisin nopeus ja keskineliönopeus eroavat tästä lausekkeesta vain yhden suuruusluokan kertoimilla:

v_{Te}=(kT_{e}/m_{e})^{1/2}=4,19\kertaa 10^{7}\,T_{e}^{1/2}\,{\ mbox{cm/s}}.

Terminen ioninopeus , kaava ioninopeuden arvioimiseksi Maxwell - jakaumassa :

v_{Ti}=(kT_{i}/m_{i})^{1/2}=9,79\kertaa 10^{5}\,\mu ^{-1/2}T_{i}^ {1/2}\,{\mbox{cm/s}}.

Ioniäänen nopeus, pitkittäisten ioni-ääniaaltojen nopeus:

c_{s}=(\gamma ZkT_{e}/m_{i})^{1/2}=9,79\kertaa 10^{5}\,(\gamma ZT_{e}/\mu )^ {1/2}\,{\mbox{cm/s}}.

Alfvenin nopeus , Alfvén - aaltojen nopeus :

v_{A}=B/(4\pi n_{i}m_{i})^{1/2}=2,18\kertaa 10^{11}\,\mu ^{-1/2}n_ {i}^{-1/2}B\,{\mbox{cm/s}}.

Mitattomat määrät

Elektronin ja protonin massasuhteen neliöjuuri on :

{\näyttötyyli (m_{e}/m_{p})^{1/2}=2,33\kertaa 10^{-2}=1/42,9.}

Partikkelien lukumäärä Debye-sfäärissä:

(4\pi /3)n\lambda _{D}^{3}=1,72\kertaa 10^{9}\,T^{3/2}n^{-1/2}.

Alfvénin nopeuden suhde valonnopeuteen

v_{A}/c=7.28\,\mu ^{-1/2}n_{i}^{-1/2}B.

Plasman ja Larmorin taajuuksien suhde elektronille

\omega _{pe}/\omega _{ce}=3,21\times 10^{-3}\,n_{e}^{1/2}B^{-1}.

Plasman ja Larmorin taajuuksien suhde ionille

\omega _{pi}/\omega _{ci}=0,137\,\mu ^{1/2}n_{i}^{1/2}B^{-1}.

Terminen ja magneettisen energian suhde

\beta =8\pi nkT/B^{2}=4,03\times 10^{-11}\,nTB^{-2}.

Magneettisen energian suhde ionien lepoenergiaan

B^{2}/8\pi n_{i}m_{i}c^{2}=26,5\,\mu ^{-1}n_{i}^{-1}B^{2} .

Muut

Bohmin diffuusiokerroin

D_{B}=(ckT/16eB)=5,4\times 10^{2}\,TB^{-1}\,{\mbox{cm}}^{2}/{\mbox{s} }.

Spitzer poikittainen veto

\eta _{\perp }=1,15\kertaa 10^{-14}\,Z\,\ln \Lambda \,T^{-3/2}\,{\mbox{s))=1.03 \times 10^{-2}\,Z\,\ln \Lambda \,T^{-3/2}\,\Omega \,{\mbox{cm)).

Nykytutkimus

Plasma teoria
- Plasman stabiilisuusongelma
- Plasman vuorovaikutus aaltojen ja säteiden kanssa
- diffuusio, johtuminen ja muut kineettiset ilmiöt plasmassa
- Adiabaattiset invariantit
- Debye-kerros
- Coulombin törmäykset
- purkaustyypit
- magnetohydrodynamiikka
Plasma luonnossa
- Maan ionosfääri
- Esimerkiksi plasma avaruudessa. Maan plasmapallo ( magnetosfäärin sisäosa )
Plasman lähteet
Plasman diagnostiikka
- Thomson hajottaa
- Langmuir-luotaimet
- Spektroskopia
- Interferometria
- Ionosfäärilämmitys
Plasmasovellukset
- MHD generaattori
- magnetronin sputterointi
- plasma antenni
- plasma näytteiden sumutus- ja ionisointiin spektroskooppisissa menetelmissä
- Termoydinfuusio
  - Magneettiloukkuihin sulkeminen - tokamak , stellaraattori , käänteinen puristus , peilikenno
  - Inertiaalinen lämpöydinfuusio
- Kiihdyttimet
  - Herätyskiihtyvyys
- Teolliset plasmat

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Langmuir I. Oscillations in ionized gases / I. Langmuir // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 1928. - T. 14. - Nro 8. - S. 627-637.
↑ Vladimir Ždanov. Plasma avaruudessa . Maailman ympäri . Haettu 21. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2011. (määrätön)
↑ IPPEX Glossary of Fusion Terms (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 5. maaliskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 8. maaliskuuta 2008. (määrätön)
↑ Fyysinen tietosanakirja. Ch. toim. A. M. Prokhorov. Ed. Kreivi D. M. Alekseev, A. M. Bonch-Bruevich, A. S. Borovik-Romanov ym. Moskova: Sov. Encyclopedia, 1984. - s. 536
↑ RO Dendy, Plasma Dynamics.
↑ Hillary Walter, Michelle Cooper, Kuvitettu fysiikan sanakirja
↑ Daniel Hastings, Henry Garrett, Spacecraft-Environment Interactions
↑ Vladimir Ždanov. Plasman värähtelyt (pääsemätön linkki) . Maailman ympäri . Haettu 21. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)
↑ Plasma - artikkeli Great Soviet Encyclopediasta .
↑ Hong, Alice Ilman dielektrinen vahvuus . The Physics Factbook (2000). Haettu 5. maaliskuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. elokuuta 2011. (määrätön)

Kirjallisuus

Juri Petrovitš Reiser. Kaasunpurkauksen fysiikka. Ed. 3., lisää. ja työstetty uudelleen. - Dolgoprudny: Kustantaja: "Intellect", 2009. - 736 s.
Frank-Kamenetsky D. A. Luennot plasmafysiikasta. - M . : Atomizdat, 1968. - 285 s. — 21 500 kappaletta.
Artsimovich L. A. , Sagdeev R. Z. Plasmafysiikkaa fyysikoille. - M .: Atomizdat, 1979. - 320 s.
Kotelnikov IA Luennot plasmafysiikasta. Osa 1: Plasmafysiikan perusteet. - 3. painos - Pietari. : Lan , 2021. - 400 s. - ISBN 978-5-8114-6958-1 .

Linkit

Novosibirskin valtionyliopiston plasmafysiikan laitoksen luennot
Plasmaartikkeli Encyclopedia of Physicsissa
Plasmaportin verkkoportaalin erikoiskirjasto plasmafysiikasta ja ioni-plasmatekniikoista
Plasmasta YouTuben uutissarjassa "Haluan tietää kaiken" .
plasma-antennit

Temaattiset sivustot

Jättiläinen pommi

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Bibliografisissa luetteloissa
BNF : 119376971 GND : 4046249-3 J9U : 987007553446405171 LCCN : sh85103050 NDL : 00569207 NKC : ph215328

Aineen termodynaamiset tilat

Vaiheen tilat

Kokoamistila Vaiheen tasapaino Vaiheen sääntö vaihekaavio Tilayhtälö
Kiinteä	kiteitä Yksikiteinen monikiteinen Kristalliitti
mesofaasi	Amorfiset ruumiit lasimainen tila nestekide Nemaattinen Smektinen kolesterinen Kolumnivaihe Mesogen Kalvo
Nestemäinen	Ihanteellinen neste Metastable tila tulistettua nestettä alijäähtynyttä nestettä venytetty neste Sulaminen ylikriittinen neste
Kaasu	Ihanteellinen kaasu oikeaa kaasua Steam Tyydytetty höyry tulistettua höyryä ylikyllästetty höyry
Plasma	sähkömagneettinen Quark-gluon plasma Glazma
Matala lämpötila	bosen kondensaatti Fermioninen kondensaatti kvanttikaasu bose kaasu Fermi kaasu rappeutunut kaasu kvantti neste bosen nestettä Fermi neste supernesteinen kiinteä aine Ilmiöitä Superfluiditeetti Suprajohtavuus
muu	outo asia fotoninen molekyyli värillinen lasi kondensaatti

Vaiheen siirtymät

Ensimmäinen laji

Toinen laji

sähköisissä ilmiöissä	ferrosähköinen Antiferrosähköinen
magneettisissa ilmiöissä	ferromagneetteja Paramagneetit Antiferromagneetit

kvantti

lambda piste

Hajotusjärjestelmät

Geelit
- Airgel
Ratkaisut
kolloidijärjestelmät
- karkea
- Vapaasti hajaantunut kolloidinen
Sol
Suihkepullo
- Savu
- Pöly
- Sumu
- sumu
Jousitus
Emulsio

Katso myös