Волны в плазме

В физике плазмы волны в плазме представляют собой взаимосвязанный набор частиц и полей, которые распространяются периодически повторяющимся образом. Плазма представляет собой квазинейтральную , электропроводящую жидкость . В простейшем случае она состоит из электронов и одного вида положительных ионов , но может также содержать несколько видов ионов, включая отрицательные ионы, а также нейтральные частицы. Благодаря своей электропроводности плазма взаимодействует с электрическими и магнитными полями . Этот комплекс частиц и полей поддерживает широкий спектр волновых явлений.

Предполагается, что электромагнитные поля в плазме состоят из двух частей: статической/равновесной и колеблющейся/возмущенной. Волны в плазме можно классифицировать как электромагнитные или электростатические в зависимости от того, есть ли колеблющееся магнитное поле. Применяя закон индукции Фарадея к плоским волнам , мы находим , что подразумевает, что электростатическая волна должна быть чисто продольной . Электромагнитная волна, напротив, должна иметь поперечную составляющую, но может быть и частично продольной. ${\displaystyle \mathbf {k} \times {\tilde {\mathbf {E} }}=\omega {\tilde {\mathbf {B} }}}$

Волны можно дополнительно классифицировать по колеблющимся видам. В большинстве интересующих нас плазм температура электронов сопоставима или больше температуры ионов. Этот факт в сочетании с гораздо меньшей массой электронов подразумевает, что электроны движутся намного быстрее ионов. Электронная мода зависит от массы электронов, но ионы можно считать бесконечно массивными, т. е. неподвижными. Ионная мода зависит от массы ионов, но электроны считаются безмассовыми и мгновенно перераспределяются в соответствии с соотношением Больцмана . Лишь в редких случаях, например, в низшей гибридной осцилляции , мода будет зависеть как от массы электронов, так и от массы ионов.

Различные моды также можно классифицировать в соответствии с тем, распространяются ли они в незамагниченной плазме или параллельно, перпендикулярно или наклонно к стационарному магнитному полю. Наконец, для перпендикулярных электромагнитных электронных волн возмущенное электрическое поле может быть параллельным или перпендикулярным стационарному магнитному полю.

${\displaystyle \omega }$- частота волны , - волновое число , - скорость света , - плазменная частота , - ионная плазменная частота , - электронная гирочастота , - ионная гирочастота , - верхняя гибридная частота , - плазменная «звуковая» скорость , - плазменная альфвеновская скорость ${\displaystyle k}$ ${\displaystyle c}$ ${\displaystyle \omega _{p}}$ ${\displaystyle \omega _{i}}$ ${\displaystyle \omega _{c}}$ ${\displaystyle \Omega _{c}}$ ${\displaystyle \omega _{h}}$ ${\displaystyle v_{s}}$ ${\displaystyle v_{A}}$

(Нижний индекс 0 обозначает статическую часть электрического или магнитного поля, а нижний индекс 1 обозначает осциллирующую часть.)

Библиография

• Свонсон, Д. Г. Плазменные волны (2003). 2-е издание.
• Стикс, Томас Ховард . Волны в плазме (1992).
• Чен, Фрэнсис Ф. Введение в физику плазмы и управляемый термоядерный синтез , 2-е издание (1984).

Смотрите также

• Магнитогидродинамические волны
• Уравнение Эпплтона-Хартри
• Плазмон
• Поверхностный плазмонный резонанс
• Электронный след
• Индекс статей волны
• Волны (Юнона) (космический прибор на борту орбитального аппарата Юпитер)
• Подсистема плазменных волн (прибор на зондах Voyager)