Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1. Линии тока в гофрированном проводнике: J — токовая поверхность, внутри КОТОРОЙ /Я 0,9 /макс при oHjenс = 5; 2 — то же при он/епс = 25.
Исключая из этих выражений t, получим для существенно нестационарных разрядов неоднозначные зависимости Up(Ip).
Если длина свободного пробега частнц достаточно мала, то динамику их поведения в плазме можно описать в гидродкнамич. приближении (см. Двухжидкостная гидродинамика плазмы).
В этом случае для частиц каждого сорта записывается ур-ние движения, учитывающее и давление, и трение компонент друг о друга. Система этих ур-иин предельно упрощена, но тем не менее даёт правильное качественное, а во мн. случаях и количественное описание процессов.
Если время свободного пробега электронов Xea —*¦ О, то усреднённая скорость электронной компоненты оказывается соизмеримой со скоростями тяжёлых компонент, н поэтому, учитывая малую массу электронов, во мн. случаях течение электронной компоненты можно считать безынерционным, а саму её — находящейся в кваэнстатич. состоянии. В результате ур-ние движе-ния для электронов принимает вид обобщённого закона Ома:
Величина П. п. о, введённая феноменологически в гндродииамич. рассмотрении, может быть вычислена более строго [1], с использовал нем кинетических уравнений для плазмы, тогда для проводимости ноеио-элект-ройной плазмы получим ряд ф-л:
Oj. [абс. eg.J =
и
C2HeTe
0,9 ¦ IOfs
(A/10)Z
ЗУяС тЧ*
4 Vjjjt Лe*Zn
Те'*[ эВ);
(9а)
(96)
(9в)
Здесь Z — заряд иона, Л — кулоновский логарифм,, В случае полностью ионнаованиой плазмы проводимость зависит только от темп-ры, возрастая пропорции нально T*J*, и не зависит от концентрации плазмы. Это объясняется тем, что время свободного пробега
/ кул \-1 т3/
TeOO О HiVe) CoTJiInet \ CT /
Переход от (6) к (2) сводится к замене се » = Ci и пренебрежению VPelen ~ kTjL, где L — характерный масштаб неоднородности плазменного образовании. Такой переход означает игнорирование Холла эффекта и термоэлектрич. явлений, и это допустимо для конденсиров. сред, где этн эффекты выражены сравнительно слабо. Одиако в плазме они могут стать определяющими. Так, напр., в термоядерных системах Te ~ 10 кэВ, следовательно, термич. разность потенциалов может достигать десятков кВ. В то же время омический члеи |і/<т| может быть очень малым. Так, иапр., в токамаке при ср. плотности тока в шнуре / ~ 50 А/см2 и Te ~ 10 кэВ П. п. с ~ IO7 (Ом-с)-1. Отсюда j/о ~ 5-10"® В/см. В этих условиях большую роль в плазме начинает играть эффект, Холла, т. е. и (6) входит ие V, как в(2),асе= с — j/еп. Тогда получим
(7)
поскольку ооTe*^ а щ яз пе.
Иначе ведёт себя коэф. электропроводности в случае слабоионизов. плазмы, у к-рон частота столкновений электронов с нейтралами больше, чем с ионами. Его можно определить, заая пе и те, по ф-ле
а~1=(те!пее^) 2 г 1 ¦
1 Ca
Если плазма достаточно плотная и близка к равновесной, то оценку концентрации электронов можно получить с помощью Саха формулы.
Однако это лишь оценочные расчёты, они могут заметно расходиться с экспериментами из-за загрязнения плазмы. Наличие примесей может существенно увеличивать концентрацию электронов. Учитывая, что при малых энергиях частиц ? кулоновское сечепие (3) существенно больше (в '-•108 — IO4 раз) газокинетического, газ со степенью ионизации ~10"3 — IO-2 мо-
жет уже рассматриваться как сильноионнзованный, а его проводимость определяется по ф-ле (9а).
При достаточно редких столкновениях анализ П. п. треоует учёта инерции электронов и ккнетич. эффектов, таких, как убегание электронов Будкера — Дрен-сера (см. Убегающие электроны), пристеночная проводимость, аномальное сопротивление, а также проводимость за счет неоклассич. переноса (см. Переноса процессы).
* Благодаря различию скоростей ионной и электронной компонент, приводящему к эффекту Холла, траектории нонов и электронов в плазменных объёмах могут иметь совершенно разный вид (рис. 2). Так, напр., в осесимметричных плазменных ускорителях с замкнутым дрейфом ноны идут вдоль канала в направлении приложенной разиости потенциалов, тогда как электроны преим. движутся (дрейфуют) по замкнутым траекториям вдоль азимута, в направлении, перпендикулярном E и Н.
Рнс. 2. Схематическое изображение траектории ионов в электронов в плазменном объёме при «сильном» аффекте Холла; сплошные линви — ноны, штриховые -=> электроны.
Существ, различие ионных н электронных траекторий приводит к тому, что сопряжение плазменных систем с электродами представляет собой весьма непростую проблему и часто требует сложных миогоэлектрод-внх систем, примером к-рых могут служить секцио-няров. электроды M Г Д-генераторов. Чтобы уменьшить возникающие здесь трудности, часто стремятся траектории той нлн иной группы частиц (обычно электро-Вов) сделать замкнутыми.
Лит.; 1) Б р а г и н с к и й С. И., Явления переноса в плазме, в сб.: Вопросы теории плазмы, в. 1, М., 1963, с. 183;
2) P а й з е р Ю. П., Основы современной физики гавораг* рядных процессов, М., 1980. А. И. Морозов,
