Вопрос 46. Понятие о плазме, основные свойства плазмы . Степень ионизации и квазенейтральности в плазме,дебаевский радиус экранизирования

Плазма - это частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности отрицательных и положительных зарядов равны. Выполняется условие квазинейтральности , где - плотность зарядов. Степень ионизации равна количеству ионизированных атомов и молекул к общему количеству тяжелых частиц.

При малой степени ионизации существует слабоионизированная или низкотемпературная плазма(Т=10³-10⁵К) Концентрация заряженных частиц не более чем 10²¹м ^-3 средняя энергия заряженных частиц меньше энергии ионизированных атомов. Существует и сильноионизированная или высокотемпературная плазма.Т=10⁵-10⁸ К степень ионизации приблизительно равна единице (), которая полностью состоит из электронов и ионов. В слабоионизированной плазме основную роль играют столкновения заряженных частиц с нейтральными атомами а в сильноионизированных –между заряженными.

Не всякое количество противоположно заряженных частиц образует плазму. При малых концентрациях заряженных частиц их взаимное влияние незначительное и можно считать что они движутся независимо. Плазма не может быть создана малым числом заряженных частиц. Лишь при достаточной концентрации электронов и ионов, обеспечивающих появление при нарушении равновесия зарядов сильных электрический полей, которые перераспределяют частицы в пространстве и выравнивают концентрации зарядов противоположных знаков, ионизированный газ можно считать плазмой.

Критерием наличия квазинейтральной плазмы, а не системы отдельных невзаимодействующих частиц является такая концентрация заряженных частиц при которой линейные размеры области занимаемого газом много больше дебаевского радиуса экранирования (). Внутри области с размерами напряженность электрического поля слишком мала чтобы приводить к выравниванию концентрации зарядов с противоположными знаками. В отличии от остального объёма условие квазинейтральности не соблюдается. -важнейший параметр плазмы. Зависит от концентрации заряженных частиц.

,где r-расстояние от заряда

В плазме любая частица j (электон ион….) окружена преимущественно частицами, имеющими противоположный заряд, соответственно потенциал убывает сильнее по экспоненте по сравнению с вакуумом и на расстоянии действие заряда компенсируется за счет перераспределения зарядов.

- Дебаевский радиус экранирования определяет расстояние, на котором кулоновское поле любого заряда экранируется окружающим его зарядом противоположных знаков. На такое же расстояние проникает в плазму внешнее электростатическое поле, напряженность которого спадает по следующему закону. , где Е₀-напряженность у границы плазмы, х - расстояние от границы вглубь плазмы.

Для плазмы состоящей только из электрона или одноименных ионов определяется по след.формуле: