Русская Википедия:Диффузия в плазме
Диффу́зия в пла́зме — комплекс явлений, заключающихся в самопроизвольном направленном движении частиц плазмы при наличии неоднородного распределения их концентрации. Является частным случаем явлений переноса в плазме.
Общие положения
Диффузия частиц в плазме характеризуется так называемым коэффициентом диффузии <math>D</math> — коэффициентом пропорциональности между потоком частиц (произведением концентрации частиц на их среднюю скорость направленного движения) через единичную площадку в единицу времени и градиентом концентрации частиц в направлении, перпендикулярном выбранной площадке:
- <math>\Gamma = - D \frac{\partial n}{\partial x}</math>
Амбиполярная диффузия
Шаблон:Main Если плазма изотропна и слабо ионизирована, электроны в силу их более высокой подвижности диффундируют быстрее, чем ионы, в результате чего возникает квазистатическое электрическое поле разделения зарядов, которое приводит к снижению скорости диффузии электронов и увеличению скорости диффузии ионов, так что их скорости диффузии сравниваются. Этот процесс диффузии, при котором сохраняется квазинейтральность плазмы, носит название амбиполярной диффузии. Коэффициент амбиполярной диффузии имеет вид:
- <math>D_A = \frac{2}{3}\frac{v_{Ti}^2}{\nu_{im}}</math>
где <math>v_{Ti}</math> — тепловая скорость ионов, <math>\nu_{im}</math> — частота столкновений ионов с нейтральными частицами.
Диффузия поперёк магнитного поля
В нейтральном газе и слабоионизированной изотропной плазме препятствием на пути диффузии являются столкновения частиц между собой. В магнитоактивной плазме столкновения в некоторых случаях могут способствовать ускоренной диффузии. Внешнее магнитное поле ограничивает движение заряженных частиц в поперечном направлении, заставляя их двигаться по винтовым траекториям. В этом случае наличие столкновений — единственная возможность для частиц сместится поперёк магнитного поля. При наличии поперечного градиента концентрации наблюдается диффузия с коэффициентом диффузии равным
- <math>D_{\perp} = \frac{1}{3}\frac{v_{Te}^2\nu_{em}}{\omega_{ce}^2}</math>
где <math>\omega_{ce}</math> — электронная циклотронная частота, <math>v_{Te}</math> — тепловая скорость электронов, <math>\nu_{em}</math> — частота столкновений электронов с нейтральными атомами. Поскольку циклотронная частота пропорциональная величине магнитного поля B, коэффициент диффузии обратно пропорционален квадрату магнитной индукции. Однако в экспериментах наблюдается более слабое спадание скорости диффузии при увеличении магнитного поля. Диффузия, скорость которой обратно пропорциональна первой степени магнитной индукции, называется бомовской. Её коэффициент диффузии приблизительно равен
- <math>D_B = \frac{cT_e}{16eB}</math>
где c, e — скорость света и элементарный заряд соответственно. Это выражение было получено в 1949 году Дэвидом Бомом из эмпирических данных. Бомвская диффузия связана с развитием в плазме дрейфово-диссипативной неустойчивости и, как следствие, турбулизацией плазмы.
Литература
