Plazma parametreleri , elektromanyetik kuvvetlere toplu olarak tepki veren yüklü parçacıkların elektriksel olarak iletken bir koleksiyonu olan plazmanın çeşitli özelliklerini tanımlar . Plazma tipik olarak nötr gaz benzeri bulutlar veya yüklü iyon ışınları şeklini alır , ancak toz ve tanecikleri de içerebilir. Bu tür parçacık sistemlerinin davranışı istatistiksel olarak incelenebilir.
Temel plazma parametreleri EV cinsinden ifade edilen enerji ve sıcaklık ve proton kütlesinin birimleri olarak ifade edilen iyon kütlesi dışında tüm miktarlar Gauss ( cgs ) birimindedir ; şarj durumu; olan Boltzmann sabiti ; dalga sayısıdır; olan Coulomb logaritma .
μ
=
m
ben
/
m
p
{\ displaystyle \ mu = m_ {i} / m_ {p}}
Z
{\ displaystyle Z}
k
{\ displaystyle k}
K
{\ displaystyle K}
ln
Λ
{\ displaystyle \ ln \ Lambda}
Frekanslar
elektron jirofrekansı , manyetik alana dik düzlemdeki bir elektronun dairesel hareketinin açısal frekansı:
ω
c
e
=
e
B
m
e
c
≈
1.76
×
10
7
B
rad / s
{\ displaystyle \ omega _ {ce} = {\ frac {eB} {m_ {e} c}} \ yaklaşık 1.76 \ times 10 ^ {7} \, B \ {\ mbox {rad / s}} \,}
iyon jirofrekansı , manyetik alana dik düzlemdeki bir iyonun dairesel hareketinin açısal frekansı:
ω
c
ben
=
Z
e
B
m
ben
c
≈
9.58
×
10
3
Z
B
μ
rad / s
{\ displaystyle \ omega _ {ci} = {\ frac {ZeB} {m_ {i} c}} \ yaklaşık 9.58 \ times 10 ^ {3} \, {\ frac {ZB} {\ mu}} \ {\ mbox {rad / s}} \,}
elektron plazma frekansı , elektronların salınım frekansı ( plazma salınımı ):
ω
p
e
=
(
4
π
n
e
e
2
m
e
)
1
2
≈
5,64
×
10
4
n
e
1
2
rad / s
{\ displaystyle \ omega _ {pe} = \ sol ({\ frac {4 \ pi n_ {e} e ^ {2}} {m_ {e}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2} } \ yaklaşık 5,64 \ times 10 ^ {4} \, {n_ {e}} ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {rad / s}}}
iyon plazma frekansı :
ω
p
ben
=
(
4
π
n
ben
Z
2
e
2
m
ben
)
1
2
≈
1.32
×
10
3
Z
(
n
ben
μ
)
1
2
rad / s
{\ displaystyle \ omega _ {pi} = \ sol ({\ frac {4 \ pi n_ {i} Z ^ {2} e ^ {2}} {m_ {i}}} \ sağ) ^ {\ frac { 1} {2}} \ yaklaşık 1,32 \ times 10 ^ {3} \, Z \ left ({\ frac {n_ {i}} {\ mu}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {rad / s}}}
elektron yakalama oranı :
ν
T
e
=
(
e
K
E
m
e
)
1
2
≈
7.26
×
10
8
(
K
E
)
1
2
/
s
{\ displaystyle \ nu _ {Te} = \ sol ({\ frac {eKE} {m_ {e}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ yaklaşık 7,26 \ times 10 ^ {8} \, \ left (KE \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ / {\ mbox {s}} \,}
iyon yakalama oranı :
ν
T
ben
=
(
Z
e
K
E
m
ben
)
1
2
≈
1.69
×
10
7
(
Z
K
E
μ
)
1
2
/
s
{\ displaystyle \ nu _ {Ti} = \ sol ({\ frac {ZeKE} {m_ {i}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ yaklaşık 1,69 \ times 10 ^ {7} \, \ left ({\ frac {ZKE} {\ mu}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ / {\ mbox {s}} \,}
tamamen iyonize plazmalardaki elektron çarpışma oranı :
ν
e
≈
2.91
×
10
-
6
n
e
ln
Λ
T
e
3
2
/
s
{\ displaystyle \ nu _ {e} \ yaklaşık 2,91 \ times 10 ^ {- 6} \, {\ frac {n_ {e} \ ln \ Lambda} {T_ {e} ^ {\ frac {3} {2} }}} \ / {\ mbox {s}}}
tamamen iyonize plazmalardaki iyon çarpışma oranı :
ν
ben
≈
4.80
×
10
-
8
Z
4
n
ben
ln
Λ
(
T
ben
3
μ
)
1
2
/
s
{\ displaystyle \ nu _ {i} \ yaklaşık 4.80 \ times 10 ^ {- 8} \, {\ frac {Z ^ {4} n_ {i} \, \ ln \ Lambda} {\ sol (T_ {i} ^ {3} \ mu \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}}} \ / {\ mbox {s}}}
Uzunlukları
elektron termal de Broglie dalga boyu de Broglie dalga boyu :
λ
t
h
,
e
=
h
2
2
π
m
e
k
T
e
≈
6.919
×
10
-
8
1
T
e
1
2
santimetre
{\ displaystyle \ lambda _ {\ mathrm {th}, e} = {\ sqrt {\ frac {h ^ {2}} {2 \ pi m_ {e} kT_ {e}}}} \ yaklaşık 6,919 \ times 10 ^ {- 8} \, {\ frac {1} {{T_ {e}} ^ {\ frac {1} {2}}}} \ {\ mbox {cm}}}
En yakın yaklaşımın klasik mesafesi , temel yüke sahip iki parçacığın birbirine yaklaştıklarında birbirine en yakın olanıdır ve her biri, kuantum mekanik etkileri göz ardı edilerek sıcaklığa özgü bir hıza sahiptir:
e
2
k
T
≈
1.44
×
10
-
7
1
T
santimetre
{\ displaystyle {\ frac {e ^ {2}} {kT}} \ yaklaşık 1.44 \ times 10 ^ {- 7} \, {\ frac {1} {T}} \ {\ mbox {cm}}}
elektron dönme yarıçapı, manyetik alana dik düzlemdeki bir elektronun dairesel hareketinin yarıçapı:
r
e
=
v
T
e
ω
c
e
≈
2.38
T
e
1
2
B
santimetre
{\ displaystyle r_ {e} = {\ frac {v_ {Te}} {\ omega _ {ce}}} \ yaklaşık 2,38 \, {\ frac {{T_ {e}} ^ {\ frac {1} {2 }}} {B}} \ {\ mbox {cm}}}
iyon dönme yarıçapı, manyetik alana dik düzlemdeki bir iyonun dairesel hareketinin yarıçapı:
r
ben
=
v
T
ben
ω
c
ben
≈
1.02
×
10
2
(
μ
T
ben
)
1
2
Z
B
santimetre
{\ displaystyle r_ {i} = {\ frac {v_ {Ti}} {\ omega _ {ci}}} \ yaklaşık 1,02 \ times 10 ^ {2} \, {\ frac {\ left (\ mu T_ {i } \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}} {ZB}} \ {\ mbox {cm}}}
plazma yüzey derinliği (elektron atalet uzunluğu olarak da adlandırılır ), elektromanyetik radyasyonun nüfuz edebileceği plazma derinliği:
c
ω
p
e
≈
5,31
×
10
5
1
n
e
1
2
santimetre
{\ displaystyle {\ frac {c} {\ omega _ {pe}}} \ yaklaşık 5,31 \ times 10 ^ {5} \, {\ frac {1} {{n_ {e}} ^ {\ frac {1} {2}}}} \ {\ mbox {cm}}}
Debye uzunluğu
λ
D
=
(
k
T
e
4
π
n
e
2
)
1
2
=
v
T
e
ω
p
e
≈
7.43
×
10
2
(
T
e
n
)
1
2
santimetre
{\ displaystyle \ lambda _ {D} = \ sol ({\ frac {kT_ {e}} {4 \ pi ne ^ {2}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} = {\ frac {v_ {Te}} {\ omega _ {pe}}} \ yaklaşık 7,43 \ times 10 ^ {2} \, \ left ({\ frac {T_ {e}} {n}} \ right) ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {cm}}}
iyon atalet uzunluğu , iyonların elektronlardan ayrıldığı ölçek ve manyetik alan, yığın plazma yerine elektron sıvısında donar:
d
ben
=
c
ω
p
ben
≈
2.28
×
10
7
1
Z
(
μ
n
ben
)
1
2
santimetre
{\ displaystyle d_ {i} = {\ frac {c} {\ omega _ {pi}}} \ yaklaşık 2,28 \ times 10 ^ {7} \, {\ frac {1} {Z}} \ sol ({\ frac {\ mu} {n_ {i}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {cm}}}
ortalama serbest yol
λ
e
,
ben
=
v
e
,
ben
¯
ν
e
,
ben
{\ displaystyle \ lambda _ {e, i} = {\ frac {\ overline {v_ {e, i}}} {\ nu _ {e, i}}}}
burada elektron (iyon) arasında bir ortalama hız ve elektron veya iyon çarpışma hızı .
v
e
,
ben
¯
{\ displaystyle {\ overline {v_ {e, i}}}}
ν
e
,
ben
{\ displaystyle \ nu _ {e, i}}
Hızlar
elektron termal hızı , bir Maxwell-Boltzmann dağılımında bir elektronun tipik hızı :
v
T
e
=
(
k
T
e
m
e
)
1
2
≈
4.19
×
10
7
T
e
1
2
cm / sn
{\ displaystyle v_ {Te} = \ sol ({\ frac {kT_ {e}} {m_ {e}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ yaklaşık 4,19 \ times 10 ^ {7 } \, {T_ {e}} ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {cm / s}}}
iyon termal hızı , Maxwell-Boltzmann dağılımında bir iyonun tipik hızı :
v
T
ben
=
(
k
T
ben
m
ben
)
1
2
≈
9,79
×
10
5
(
T
ben
μ
)
1
2
cm / sn
{\ displaystyle v_ {Ti} = \ sol ({\ frac {kT_ {i}} {m_ {i}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ yaklaşık 9,79 \ times 10 ^ {5 } \, \ left ({\ frac {T_ {i}} {\ mu}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {cm / s}}}
iyonun ses hızı, iyonların kütlesinden kaynaklanan boylamsal dalgaların hızı ve elektronların basıncı:
c
s
=
(
γ
Z
k
T
e
m
ben
)
1
2
≈
9,79
×
10
5
(
γ
Z
T
e
μ
)
1
2
cm / sn
{\ displaystyle c_ {s} = \ sol ({\ frac {\ gamma ZkT_ {e}} {m_ {i}}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ yaklaşık 9,79 \ times 10 ^ {5} \, \ left ({\ frac {\ gamma ZT_ {e}} {\ mu}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}} \ {\ mbox {cm / s}}}
nerede olduğunu adyabatik indeks
γ
{\ displaystyle \ gamma}
Alfvén hızı dalgaların hızı ve manyetik alanın geri yükleme kuvveti:
v
Bir
=
B
(
4
π
n
ben
m
ben
)
1
2
≈
2.18
×
10
11
B
(
μ
n
ben
)
1
2
cm / sn
{\ displaystyle v_ {A} = {\ frac {B} {\ left (4 \ pi n_ {i} m_ {i} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}}} \ yaklaşık 2,18 \ kere 10 ^ {11} \, {\ frac {B} {\ left (\ mu n_ {i} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}}} \ {\ mbox {cm / s}}}
CGS birimleri
v
Bir
=
B
(
μ
0
n
ben
m
ben
)
1
2
{\ displaystyle v_ {A} = {\ frac {B} {\ left (\ mu _ {0} n_ {i} m_ {i} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}}}}
SI birimleri.
Boyutsuz
'Test tüpünde güneş'.
Farnsworth'un-Hirsch Fusor iç ızgara boşluklar yayılan görünür plazma ışıldayan "ışınlar" ile karakterize sözde "yıldız" modunda çalışma sırasında.
Debye küresindeki parçacık sayısı
(
4
π
3
)
n
λ
D
3
≈
1.72
×
10
9
(
T
3
n
)
1
2
{\ displaystyle \ sol ({\ frac {4 \ pi} {3}} \ sağ) n \ lambda _ {D} ^ {3} \ yaklaşık 1.72 \ times 10 ^ {9} \, \ sol ({\ frac {T ^ {3}} {n}} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2}}}
Alfvén hız-ışık oranı oranı
v
Bir
c
≈
7.28
B
(
μ
n
ben
)
1
2
{\ displaystyle {\ frac {v_ {A}} {c}} \ yaklaşık 7,28 \, {\ frac {B} {\ sol (\ mu n_ {i} \ sağ) ^ {\ frac {1} {2} }}}}
elektron plazma frekansı-jirofrekans oranı
ω
p
e
ω
c
e
≈
3.21
×
10
-
3
n
e
1
2
B
{\ displaystyle {\ frac {\ omega _ {pe}} {\ omega _ {ce}}} \ yaklaşık 3,21 \ times 10 ^ {- 3} \, {\ frac {{n_ {e}} ^ {\ frac {1} {2}}} {B}}}
iyon plazma frekansı-jirofrekans oranı
ω
p
ben
ω
c
ben
≈
0.137
(
μ
n
ben
)
1
2
B
{\ displaystyle {\ frac {\ omega _ {pi}} {\ omega _ {ci}}} \ yaklaşık 0,137 \, {\ frac {\ sol (\ mu n_ {i} \ sağ) ^ {\ frac {1 } {2}}} {B}}}
termal basınç / manyetik basınç oranı veya beta , β
β
=
8
π
n
k
T
B
2
≈
4.03
×
10
-
11
n
T
B
2
{\ displaystyle \ beta = {\ frac {8 \ pi nkT} {B ^ {2}}} \ yaklaşık 4.03 \ times 10 ^ {- 11} \, {\ frac {nT} {B ^ {2}}} }
Manyetik alan enerjisi için iyon kalan enerji oranı
B
2
8
π
n
ben
m
ben
c
2
≈
26.5
B
2
μ
n
ben
{\ displaystyle {\ frac {B ^ {2}} {8 \ pi n_ {i} m_ {i} c ^ {2}}} \ yaklaşık 26,5 \, {\ frac {B ^ {2}} {\ mu n_ {i}}}}
Çarpışma Çalışmasında Tokamaklar , collisionality a, boyutsuz bir parametre elektron-iyon oranını ifade çarpışma sıklığı için muz yörünge frekansı.
Plazma collisionality olarak tanımlanır
ν
∗
{\ displaystyle \ nu ^ {*}}
ν
∗
=
ν
e
ben
m
e
k
B
T
e
1
ϵ
3
2
q
R
,
{\ displaystyle \ nu ^ {*} = \ nu _ {\ mathrm {ei}} \, {\ sqrt {\ frac {m _ {\ mathrm {e}}} {k _ {\ mathrm {B}} T _ {\ mathrm {e}}}}} \, {\ frac {1} {\ epsilon ^ {\ frac {3} {2}}}} \, qR,}
burada elektron-iyon anlamına gelir çarpışma sıklığı , plazmanın büyük yarıçapı olan tersi olan boy oranı ve bir güvenlik faktörü . Plazma parametreleri ve anlamında olabildikleri, sırasıyla kütle ve ısı ve iyonları ve bir Boltzmann sabiti .
ν
e
ben
{\ displaystyle \ nu _ {\ mathrm {ei}}}
R
{\ displaystyle R}
ϵ
{\ displaystyle \ epsilon}
q
{\ displaystyle q}
m
ben
{\ displaystyle m _ {\ mathrm {i}}}
T
ben
{\ displaystyle T _ {\ mathrm {i}}}
k
B
{\ displaystyle k _ {\ mathrm {B}}}
Elektron sıcaklığı Sıcaklık, resmi tanımı olan istatistiksel bir niceliktir.
T
=
(
∂
U
∂
S
)
V
,
N
,
{\ displaystyle T = \ sol ({\ frac {\ kısmi U} {\ kısmi S}} \ sağ) _ {V, N},}
veya entropi , tutma hacmi ve partikül sayısı sabitine göre iç enerjideki değişim . Pratik bir tanım, bir sistemdeki atomların, moleküllerin veya herhangi bir parçacığın ortalama bir kinetik enerjiye sahip olduğu gerçeğinden gelir. Ortalama, bir sistemdeki tüm parçacıkların kinetik enerjisinin ortalamasını almak anlamına gelir.
Eğer hızları bir grup elektron bir örneğin, plazma , bir programı takip Maxwell-Boltzmann dağılımı , daha sonra elektron sıcaklığı olarak tanımlanır sıcaklığında bu dağılım. Diğer dağıtımlar için değil, dengede veya bir sıcaklık, ortalama enerji üçte ikisi, genellikle üç ile Maxwell-Boltzmann dağıtımı için, çünkü sıcaklık olarak adlandırılır olduğu varsayılır serbestlik derecesi , .
⟨
E
⟩
=
(
3
/
2
)
k
B
T
{\ displaystyle \ langle E \ rangle = (3/2) \, k _ {\ text {B}} T}
SI birim ısı olan Kelvin (K), ancak elektron sıcaklığı çoğunlukla enerji birimi cinsinden ifade edilir yukarıda ilişkisi kullanılarak elektronvolt (eV). Her kelvin (1 K) 8.617 333262 ... × 10 −5 eV'ye karşılık gelir ; bu faktör oranıdır Boltzmann sabiti için temel bir ücret . Her eV, ilişki ile hesaplanabilen 11.605 Kelvin'e eşittir .
⟨
E
⟩
=
k
B
T
{\ displaystyle \ langle E \ rangle = k _ {\ text {B}} T}
Bir plazmanın elektron sıcaklığı, nötr türlerin veya iyonların sıcaklığından birkaç kat daha yüksek olabilir . Bu, iki gerçeğin bir sonucudur. İlk olarak, birçok plazma kaynağı elektronları iyonlardan daha güçlü bir şekilde ısıtır. İkincisi, atomlar ve iyonlar elektronlardan çok daha ağırdır ve iki gövdeli bir çarpışmada enerji transferi , kütleler benzer ise çok daha etkilidir. Bu nedenle, sıcaklığın dengelenmesi çok yavaş gerçekleşir ve gözlemin zaman aralığında elde edilemez.
Ayrıca bakınız Referanslar
<img src="https://en.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">
