Физика плазмы. Физика плазмы Курилова Е.В. Зт-14. - презентация

1 Физика плазмы. Физика плазмы Курилова Е.В. Зт-14

2 Литература

3 А.В.Бурдаков.Физика плазмы. Литература Понятие плазмы

4 Физика плазмы. Литература В молнии Т ~ 2 х 10 4 К, n~ 2, (число электронов или ионов в см 3 ) (плотность воздуха) Такую плазму называют слабонеидеальной. Понятие плазмы

5 А.В.Бурдаков.Физика плазмы. Литература Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури и полярные сияния.

6 Физика плазмы. Литература Понятие плазмы. Плазма в космосе

7 Физика плазмы. Литература Понятие плазмы. Плазма в космосе NASA, ISAS, / В состоянии плазмы находится подавляющая часть видимого вещества Вселенной звёзды, звёздные атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда. Около Земли плазма. существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли (образуя радиационные пояса Земли) и ионосферу.

8 А.В.Бурдаков.Физика плазмы. Литература This picture shows the inner region of the m100 Galaxy in the Virgo Cluster, imaged with the Hubble Space Telescope Planetary Camera at full resolution. (Courtesy of NASA) "Every time you look up at the sky, every one of those points of light is a reminder that fusion power is extractable from hydrogen and other light elements, and it is an everyday reality throughout the Milky Way Galaxy." ---Carl Sagan, Spitzer Lecture, October 1991

9 Физика плазмы. Литература Единица измерения 1 эВ - + U=1В mV 2 2 eU=kT eU[Дж] kT[Дж] [эВ] T [эВ] Система единиц-СГС 1 эв~10 4 K

10 Физика плазмы. Литература Плазма=квазинейтральный газ заряженных частиц Понятие плазмы. Плазма (от греч. plasma вылепленное, оформленное), частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. Термин «плазма» в физике был введён в 1923 американскими учёными И. Ленгмюром и Л. Тонксом, проводившими зондовые измерения параметров низкотемпературной газоразрядной плазмы.

11 Физика плазмы. Литература кристалл жидкость газплазматермояд. плазма 1 эВ 10 эВ10 кэВ плавление испарение ионизация Кулоновский барьер Ядерный барьер 10 МэВ Энергия фазового перехода Что такое плазма? Плазма=квазинейтральный газ заряженных частиц При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь в газ. Если увеличивать температуру и дальше, резко усилится процесс термической ионизации, т. е. молекулы газа начнут распадаться на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Ионизация газа, кроме того, может быть вызвана его взаимодействием с электромагнитным излучением (фотоионизация) или бомбардировкой газа заряженными частицами.

12 Физика плазмы. Литература Плазма=квазинейтральный газ заряженных частиц Понятие плазмы. * кулоновское взаимодействие *коллективные эффекты (согласованное движение частиц) В резком отличии свойств плазмы от свойств нейтральных газов определяющую роль играют два фактора. Во-первых, взаимодействие частиц плазмы между собой характеризуется кулоновскими силами притяжения и отталкивания, убывающими с расстоянием гораздо медленнее (т. е. значительно более «дальнодействующими»), чем силы взаимодействия нейтральных частиц. По этой причине взаимодействие частиц в плазме. является, строго говоря, не «парным», а «коллективным» одновременно взаимодействует друг с другом большое число частиц. Во-вторых, электрические и магнитные поля очень сильно действуют на плазму (в то время как они весьма слабо действуют на нейтральные газы), вызывая появление в плазме объёмных зарядов и токов и обусловливая целый ряд специфических свойств плазмы..

13 Физика плазмы. Литература Понятие плазмы. Плазма=квазинейтральный газ заряженных частиц * кулоновское взаимодействие *коллективные эффекты (согласованное движение частиц)

14 Физика плазмы. Литература Классическая и вырожденная плазма. Определения: Плотность: Температура: «Квантовый» масштаб- длина волны Де-Бройля «Плазменный» масштаб- расстояние между частицами Классическая плазма:

15 Физика плазмы. Литература Классическая и вырожденная плазма.

16 Физика плазмы. Литература Идеальная и неидеальная плазма. Плазменные электроны -это Ферми-газ Идеальная неидеальная плазма.

17 Физика плазмы n,см -3 классическая вырожденная идеальная неидеальная Т е, эВ

18 Физика плазмы n,см -3 классическая вырожденная идеальная неидеальная Т е, эВ высокотемпературная низкотемпературная -

19 Физика плазмы n,см -3 классическая вырожденная идеальная Т е, эВ неидеальная идеальная неидеальная

20 Физика плазмы. Литература

21 Физика плазмы. Дебаевская экранировка Мы будем рассматривать классическую идеальную плазму Плазма-квазинейтральна На каком масштабе сохраняется квазинейтральность плазмы? Е=0

22 А.В.Бурдаков.Физика плазмы. Литература Дебаевская экранировка На каком масштабе сохраняется квазинейтральность плазмы? Е l Дебаевский радиус

23 Физика плазмы. Литература Плазменные колебания Дебаевский радиус есть пространственный масштаб, на котором происходит разделение зарядов Временной масштаб: l Е сила За это время прилетят электроны и сравняют флуктуацию

24 Физика плазмы. Литература Плазменные колебания Макроскопическое отклонение от квазинейтральности ведет к появлению электрического поля. Для плоского слоя плазмы: -смещение электронов Плазменная частота Ленгмюровские колебания

25 Физика плазмы. Литература Уравнение Пуассона Дебаевская экранировка

26 Физика плазмы. Литература Дебаевская экранировка Дебаевский (красная линия) и кулоновский (зеленая линия) потенциал

27 Физика плазмы. Литература Дебаевская экранировка Электростатическое поле проникает в плазму не глубже r D Электрическое поле отдельной частицы в плазме «экранируется» частицами противоположного знака, т. е. практически исчезает, на расстояниях порядка r D от частицы. Величина r D определяет и глубину проникновения внешнего электростатического поля в плазму (экранировка этого поля также вызывается появлением в плазме компенсирующих полей пространственных зарядов). Квазинейтральность может нарушаться вблизи поверхности плазмы, где более быстрые электроны вылетают по инерции за счёт теплового движения на длину ~ r D.

28 Физика плазмы. Литература Дебаевская экранировка Электроны, вылетая по инерции из плазмы, нарушают квазинейтральность на длине порядка дебаевского радиуса экранирования r D и повышают потенциал плазмы (n i, и n e соответственно, плотности ионов и электронов).

29 Физика плазмы. Рис.1. Схема формирования атомарного пучка большой энергии. 1-плазменный эмиттер, 2-ионно-оптическая система, 3-пучок протонов, 4- газовая мишень, 5-магнит сепаратор, 6-атомарный пучок. плазма ионы + + _ _ Дебаевская экранировка rDrD

30 Физика плазмы. Литература Дебаевская экранировка Число частиц в дебаевской сфере:

31 Физика плазмы. Литература Параметр неидеальности

32 Физика плазмы. Литература Параметр неидеальности

33 Физика плазмы. Литература К.В.Лотов. Физика плазмы. Спецкурс для магистрантов НГУ. И.А.Котельников, Г.В. Ступаков Лекции по физике ллазмы.Новосибирск R:\plasma\VFP-book\*/pdf