Амбиполярная диффузия — это диффузия положительных и отрицательных частиц с противоположным электрическим зарядом (например, электронов и положительных ионов) вследствие их взаимодействия через электрическое поле . [1]
В физике плазмы амбиполярная диффузия связана с концепцией квазинейтральности . В большинстве плазм силы, действующие на ионы, отличаются от сил, действующих на электроны , поэтому наивно можно было бы ожидать, что один вид будет переноситься быстрее другого, будь то посредством диффузии , конвекции или какого-либо другого процесса. Если такой дифференциальный транспорт имеет расхождение , то это приводит к изменению плотности заряда . Последнее создаст электрическое поле, которое может изменить перенос одного или обоих видов таким образом, что они станут равными.
Простейшим примером является плазма, локализованная в немагнитном вакууме . (См. Инерционный термоядерный синтез .) Как электроны, так и ионы будут вытекать наружу с соответствующей им тепловой скоростью . Если ионы относительно холодные, их тепловая скорость будет небольшой. Тепловая скорость электронов будет высокой из-за их высокой температуры и малой массы: . Когда электроны покидают начальный объем, они оставляют после себя положительную плотность заряда ионов, что приводит к возникновению направленного наружу электрического поля. Это поле будет действовать на электроны, замедляя их, а на ионы, ускоряя их. В результате и ионы, и электроны вытекают наружу со скоростью звука , , которая намного меньше тепловой скорости электронов, но обычно намного больше тепловой скорости ионов.
В астрофизике «амбиполярная диффузия» относится конкретно к отделению нейтральных частиц от плазмы, например, на начальной стадии формирования звезд. Нейтральные частицы в этом случае в основном представляют собой молекулы водорода в облаке, которые подверглись бы гравитационному коллапсу , если бы они не были связаны с плазмой столкновительным образом. Плазма состоит из ионов (в основном протонов ) и электронов, которые связаны с межзвездным магнитным полем и поэтому сопротивляются коллапсу. В молекулярном облаке , где фракционная ионизация очень низкая (одна часть на миллион или меньше), нейтральные частицы лишь изредка сталкиваются с заряженными частицами и поэтому не полностью сдерживаются при своем коллапсе (обратите внимание, что сейчас происходит динамический коллапс, а не свободное падение) в звезду . [ 2] : 285
В случае ионных кристаллов потоки диффундирующих частиц также связаны из-за электронейтральности [3]
