Идеальность плазмы.

Идеальная плазма – плазма, потенциал кулоновского взаимодействия частиц которой, на среднем расстоянии между ними, значительно меньше средней кинетической энергии частиц. Взаимодействием между частицами можно пренебречь, согласно условию газовости V(r)<<

Тогда , или - условие идеальности.

Параметр идеальности такой плазмы имеет выражение:

(6)

При 1. При плазма неидеальна.

В предельном значении

При Te,i=1эВ=11600°С 1016см-3

При Te,i=10эВ =1019см-3

;

Газовая плазма – идеальная плазма; плазма жидкости (с наличием ионов), и плазма твердого тела – неидеальная плазма. В неидеальной плазме наличие превалирующего кулоновского (и иного близкодействия) приводит к сильному влиянию состояния и параметров частиц друг на друга. Идеальная плазма, при очень сильном внешнем воздействии, по своим свойствам отличается от обычной идеальной плазмы (к примеру полевая плазма).

Плазма – это ионизованный газ, в котором учитывается кулоновское взаимодействие (потенциальная энергия) соизмерима с кинетическим (кинетическая энергия), определяя тем самым её основные свойства и параметры. Такое отношение сил взаимодействия осуществляется при достижении концентрации заряженных частиц, достаточной для оказания существенного влияния на поведение каждой частицы плазмы. Величина этой концентрации зависит от параметров плазмы, условий её возникновения и существования.

Движение и столкновение частиц.

Длина свободного пробега (L) частицы – среднее значение пути частицы между двумя столкновениями.

Частота столкновения частицы ( ) – количество столкновений частиц за определённый промежуток времени

Эффективное сечение столкновений частиц – мера вероятности соударения частиц.

Модель Томсона столкновения частиц.

(валентный электрон атома)

Рис. 5. Взаимодействие электронов при столкновении

При ∆E < E_K , где ∆E – энергия обмена между электронами.

Уравнение Ньютона для изменения импульса налетающего электрона: , где – сила, действующая со стороны валентного электрона, R – расстояние между электронами, ∆p изменение импульса налетающего электрона.

, где  ‑ импульсный параметр столкновения (прицельный параметр).

Полное изменение импульса , а энергия, отдаваемая налетающим электроном и приобретаемая неподвижным электроном, ‑

Отсюда получаем выражение для сечения столкновения электронов, обменивающихся энергией ∆E: (7)

Эта формула носит название формулы Резерфорда.

В случае, когда ∆E≈E_К и учитывая, что ∆E> (потенциал ионизации), получим выражение для эффективного сечения столкновения:

(8)

В этом случае, происходит ионизация частиц газа. В случае, когда E< происходит изменение внутренней энергии частицы, и она переходит из основного состояния в состояние с большей энергией. Этот процесс носит название возбуждение частицы.

Типы ионизации – ударная (при столкновении), термическая (при нагреве), фотоионизация (передача энергии фотона).

Степень ионизации

Формула Саха: (9)

где g ‑ статистический вес (число электронных состояний) частиц, e – заряд электрона, m_e – масса электрона, T_e – температура электрона, J_иониз – потенциал ионизации атома, k – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка.

Критерии степени ионизации плазмы: