Колебания и излучения плазмы.
Рис. 6. Схема, поясняющая механизм возникновения ленгмюровских колебаний в плазме. Причина колебаний – участие частиц плазмы в упорядоченных «коллективных» процессах, обусловленных «дальнодействием» кулоновского взаимодействия частиц, термодинамической неустойчивостью плазмы и неоднородностью распределения частиц. В результате частицы смещаются вдоль оси Колебания изменяют энергетическое состояние плазмы, следовательно изменяют её параметры и характер развития. Типы колебаний определяются частицами составляющими плазму. Высокочастотный тип колебаний обусловлен движением электронов и носит название плазменных волн или ленгмюровских электронных колебаний. Частота этих колебаний (плазменная частота) Низкочастотный тип колебаний присущ массивным ионам плазмы (ионный звук). Угловая частота этих колебаний В плазме, помещенной в магнитное поле возникают магнитогидродинамические колебания. Скорость распространения этих колебаний Тормозное излучение – излучение испускаемое электроном при столкновении его с атомом плазмы (радиационное торможение). Энергия излучения, испускаемая полностью ионизированной плазмой объемом в 1 см3 за 1 сек., равна При столкновении электрона с ионом плазмы возникает рекомбинационное излучение. Энергия рекомбинационного излучения В магнитном поле электрон плазмы вращается по ларморовской орбите с ускорением и излучает (по закону электродинамики) энергию – бетатронное излучение. Энергия его Рассмотренные выше колебания относятся к кинетическим неустойчивостям, т.е. к изменению распределения заряженных частиц по скоростям. Другая группа неустойчивостей, приводящая к перемещению областей плазмы, носит название гидродинамических неустойчивостей. Неустойчивость плазменного шнура. Во внешнем магнитном поле в плазме, имеющей электрические неоднородности (неоднородное распределение заряженных частиц), возникает их направленное движение – электрический ток. Комбинация магнитное поле – электрический ток приводит к появлению силы (согласно закону Ампера)
|
на расстояние ΔX и внутри объёма плазмы возникает электрическое поле порождающее силу F = eE = 4πNee2 ΔX, стремящуюся возвратить электроны в исходное положение – возникают периодические колебания с частотой 
, где 
- масса частиц плазмы.
, здесь 
– угловая плазменная частота (ленгмюровская); 
- концентрация и масса электронов. Эта частота пропорциональна концентрации электронов в плазме 
.
, где 
‑ волновой вектор, а l ‑ длина волны колебаний.
, где 
и 
‑ масса и концентрация заряженных частиц в плазме. Эта скорость носит название альфвеновской по имени шведского ученого Х. Альфвена, открывшего эти колебания. При взаимодействии пучка электронов с электронами, участвующими в плазменных колебаниях, энергия электронов пучка преобразуется в энергию плазменных колебаний, амплитуда последних увеличивается. Это явление носит название пучковой неустойчивости. Частота этих колебаний 
, где 
‑ концентрация электронов в пучке, а 
‑ концентрация электронов в плазме. Если пучок электронов взаимодействует с ионами плазмы, участвующими в колебаниях («ионный звук»), происходит затухание колебаний, то есть возникает бунемановская неустойчивость. Частота таких колебаний 
.
эрг. Здесь Z обозначает порядковый номер элемента вещества плазмы.
. До температур порядка 107 К преобладает рекомбинационное излучение, свыше – тормозное.
, где 
‑ энергия электрона, а 
‑ угол, между вектором его скорости и направлением магнитных силовых линий, H – напряжённость магнитного поля.
, где c – скорость света J – сила тока H – напряжённость магнитного поля. Вектор силы F перпендикулярен векторам J и H. Под действием этой силы плазма сжимается в шнур – цилиндрический объём. В шнуре устанавливается равновесие газокинетического 
и магнитного 
давлений. Высокая температура и большая концентрация частиц способствует возникновению неустойчивости шнура 
здесь 
- импульс частицы плазмы. Неустойчивость устраняется увеличением напряжённости магнитного поля, пропорционально ΔP.
