電漿中的粒子碰撞

電漿中的粒子碰撞

正文

電漿/帶電粒子(電子)電漿/帶電粒子(電子)
電漿中含有帶電粒子(電子、離子)和中性粒子(原子、分子)。中性粒子之間的碰撞可參見分子運動論,帶電粒子與中性粒子之間的碰撞接近中性粒子之間的碰撞。這裡僅限於討論帶電粒子之間的碰撞。
帶電粒子之間可以產生近距離的碰撞,這種碰撞只是一個粒子和另一個粒子相碰,一次碰撞的結果是至少有一個粒子的速度有明顯的偏轉。
除近碰撞外,帶電粒子之間還存在遠距離的碰撞。由於粒子之間的庫侖作用力是長程力,它的作用範圍一直延伸到以德拜長度為半徑的德拜球,德拜長度比起粒子間的近距離碰撞參量來是一個很長的距離,在這種遠距離的弱相互作用下的碰撞就是遠碰撞,它造成粒子速度的微小偏轉,當這些微小偏轉累積起來,使偏轉達到90°,就相當於一次碰撞。
在電漿中,帶電粒子間的遠碰撞作用一般說來遠大於近碰撞,前者比後者大8lnΛ倍左右,lnΛ稱為庫侖對數,lnΛ≈10,所以,碰撞頻率主要是由遠碰撞決定。
電漿中的粒子碰撞表示a類粒子碰b類粒子的碰撞時間,電漿中帶電粒子之間的碰撞時間有 4種:電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞,分別表示電子碰電子、電子碰離子、離子碰離子及離子碰電子的碰撞時間。對於熱平衡的電漿,嚴格的計算得到(假設離子是一次電離)

電漿中的粒子碰撞
電漿中的粒子碰撞

式中 me、mi、Te、Ti分別是電子和離子的質量和溫度,n是電子或離子密度,e是電子電荷,Te、Ti以爾格為單位,其他各物理量都是用高斯單位。
它們之間的相對大小是

電漿中的粒子碰撞

碰撞頻率v=1/τ,所以4種碰撞頻率的相對大小是

電漿中的粒子碰撞

當Te≈Ti時,有關係

電漿中的粒子碰撞=電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞電漿中的粒子碰撞

帶電粒子之間碰撞的一個特點是:碰撞頻率v與T3/2 (當Ti=Te=T 時)成反比,T越高,v越小。這和氣體分子之間的碰撞性質完全不同。

配圖

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