Плазма

Плазма - это газ, атомы которого частично или полностью ионизованы. В состоянии плазмы находится основное количество газа во Вселенной, поскольку из нее состоят звезды и значительная часть межзвездной среды. Важной особенностью плазмы является ее способность проводить электрический ток. Это приводит к тому, что характер движения плазмы зависит от значения индукции и формы линий индукции магнитного поля, в котором находится газ. Свойства намагниченной плазмы определяют многие наблюдаемые особенности различных астрономических объектов - от формы облаков межзвездного газа до возникновения вспышек на Солнце и магнитосферы Земли.

"Astronet.ru"

ПЛАЗМЕННЫЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ - самопроизвольное нарастание отклонений от квазистационарного состояния плазмы, связанное либо с пространственной неоднородностью плазмы, либо с неравновесным распределением по скоростям. С энергетической точки зрения для возникновения неустойчивости необходимо наличие в невозмущенном состоянии плазмы определенного избытка свободной энергии.
В зависимости от того, в какой форме образуется избыток свободной энергии и как, каким способом этот избыток высвобождается, различают разного вида плазменные неустойчивости : пучковые, токовые, дрейфовые, магнитогидродинамические, кинетические, диссипативпые, разрывные и др.
В магнитосфере Земли разве что внутренние зоны радиационного пояса свободны от неустойчивостей, да и то а не слишком возмущенных условиях. Только при переходе к активной фазе суббури развиваются токовые неустойчивости в токовом клине суббури, неустойчивость Кельвина-Гельмгольца или ее разновидность - баллонная неустойчивость в полскости экватора, затем после ускорения авроральных электронов - циклотронная неустойчивость и т.д.

ПЛАЗМА В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ

В магнитосфере Земли плазма присутствует практически во всех областях, начиная с ионосферы. Можно, однако, выделить несколько несколько образований, в которых плазма является основной популяцией. Это во-первых плазмосфера, которая занимает значительную часть внутренней магнитосферы и динамика которой определяется электрическим полем коротации.
Плазмопауза отделяет плазмосферу от плазменного слоя, который разделяется на две части - внутренний. или центральный плазменный слой (Central plasma sheet), располагающийся в авроральной магнитосфере, и более холодный приграничный плазменный слой (Boundary plasma sheet), располагающийся в хвосте магнитосферы. Название "слой" отражает тот факт, что максимальный поток ионов плазменного слоя находится вблизи плоскости магнитного экватора.

см. также статью М. Готтлиба ПЛАЗМА (1968) а также монографии из списка СиЗиФ

Характерные частоты и параметры плазмы

Пусть имеются различные группы частиц с концентрацией Nj и скоростями Vj, тогда кинетическая энергия частиц в единичном объеме будет
E = (n_jm_jv_j²/2 ) = NeTe + Σ_iNiTi = Ee + Ei
где Te (Ti) - температура электронов (ионов), связанная со средней тепловой скоростью как
v_Te = (2Te/m_e)^½,    v_Ti = (2Ti/M_i)^½
где m_e = 0.9 ·10^-30кг - масса электрона, M_i - масса иона  

Частота плазменых колебаний электронов (ленгмюровская частота) равна
ω_pe = ( e²Ne/ε_om_e)^½
где e = 1.6 10^-19 - заряд электрона, ε_o = 8.85 10^-12 - диэлектрическая проницаемость вакуума.
В радиофизике чаще употребляется электронная плазменная частота f_pe = ω_pe/2π
Плазменная частота ионов
    f_pi = (1/2π) (e²Ni/ε_oM_i)^½ = (η_i/m_i)^½f_pe
где - η_i = N_i/N_e - удельная относительная концентрация ионов.
  Дебаевская длина или радиус Дебая, характеризует размер тепловых осцилляций заряда и минимальный масштаб выполнения условия квазинейтральности плазмы и определяется как d_e ≈ v_Te/ω_pe.
Ларморовские или гирочастоты электронов и ионов определяются как
ω_Be = eBo/m_e;    ω_Bi = eBo/M_i;
Гибридные частоты плазмы характеризуют частоты слабозатухающих поперечных электростатических колебаний (E·Bo = 0) и играют важную роль для оценки частотного диапазона распространяющихся электромагнитных волн.
Верхняя гибридная частота
ω_в.г. = (ω_pe²+ ω_Be ²)^½ = ω_Be(1+p_e)^½
Нижняя гибридная частота
ω_н.г. = [∑ω_pi²(1+p_e)]^½

Параметер p_e = ω_pe²/ω_Be² удобно использовать как характеристику плотности плазмы в поле B_o. Плазму называют плотной, если p_e> 1 и разреженной, если p_e < 1. Для плотной плазмы справедливо выражение

где μ_o = 1.26 10^-6 - магнитная проницаемость вакуума.
Давление плазмы обычно характеризируют соотношением кинетической энергии и энергии магнитного поля
β = E/(μ_oH_o²/2) = p_e(v_Te²/c²)(1+∑η_i T_i/T_e)
При этом среду называют плазмой большого давления, если
ξ = β∑_iM_i/m_e = βMm_i,эф > 1
и плазмой малого давления, если ξ < 1
Для плазмы большого давления справедливо также выражение
v_Te > v_A /√2
где v_A - альфвеновская скорость
v_A = B_o/(μp_o)^½,   здесь p_o - плотность плазмы.

О. А. Молчанов, из книги " Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной плазме", М. Наука, 1985

---

Назад, к оглавлению справочника