Волновод плазменный. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Волновод плазменный - искусственное или естественное плазменное образование с неоднородным профилем диэлектрич. проницаемости, один из размеров к-рого значительно больше других. В плазме при определ. условиях может образоваться канал, по к-рому происходит направленное распространение эл--магн. энергии. Плазменный волновод - разновидность волновода диэлектрического. Плазменные волноводы могут быть со свободной границей (плазменный цилиндр, удерживаемый магн. давлением, ионосферные слои) или жёсткой (плазменный цилиндр, заполняющий стеклянную трубку, плазма твёрдых тел). Плотность плазмы в плазменном волноводе может быть постоянной (однородный плазменный волновод) или переменной, обычно убывающей от центра к краям (неоднородный плазменный волновод). Плазменные волноводы используют для транспортировки эл--магн. энергии в плазме, изучения свойств и нагрева плазмы, измерения её параметров, ускорения заряж. частиц. Плазменный волновод - основа плазменных генераторов и усилителей (см. Плазменная электроника).

Поскольку фазовая скорость эл--магн. волн в плазменном волноводе зависит от их поперечных размеров и может стать заметно меньшей скорости света с в вакууме, волны эффективнее взаимодействуют с заряж. частицами и между собой, чем в неогранич. плазме. В плазменном волноводе могут распространяться объёмные волны, лишь незначительно отличающиеся от объёмных волн в неогранич. плазме, и поверхностные, являющиеся характерной особенностью плазменных волноводов. Поверхностные волны могут существовать на границе плазмы с вакуумом, диэлектриком и проводником (металлом). Частота со поверхностной волны на границе однородной полуограниченной плазмы с диэлектриком (диэлектрич. проницаемость

) в отсутствие пост, магн. поля лежит в интервале 0 <

, где

-ленгмюровская частота (см. Ленгмюровские волны).

Диэлектрич. проницаемость плазмы e при этом отрицательна:

Это - медленная эл--магн. волна (

< с), имеющая компоненты электрич. поля вдоль направления распространения и по нормали к границе. Её фазовая скорость

. Частота

наз. верхней граничной частотой поверхностной волны. Важной характеристикой поверхностной волны является глубина проникновения h поля в плазму - расстояние по нормали к границе, на к-ром поле убывает в е раз. Если h порядка поперечных размеров плазменного волновода, то собств. частота

зависит от них. Так, напр., в узком цилиндрич. плазменном волноводе (

, R -радиус,

-длина волны) частота

В более сложных случаях (неизотермич. плазма, наличие пост. магн. поля H₀)частота может зависеть от температуры плазмы и H₀.

В неоднородных по сечению плазменных волноводах собств. частота объёмной волны, зависящей от плотности частиц, изменяется вдоль её градиента. Такая волна может не распространяться. Частота поверхностной волны вполне определена и даже при сильном изменении градиента плотности изменяется слабо, поскольку является интегральной, а не локальной (как для волн объёмных) характеристикой. Так, напр., частота волны узкого цилиндрич. плазменного волновода с произвольным по радиусу профилем плотности определяется приведённой выше ф-лой, но в

должна входить средняя по сечению волновода плотность.

Затухание волн в однородных плазменных волноводах определяется столкновениями частиц и затуханием .Столкновит. затухание практически одинаково и в плазменных волноводах, и в неогранич. плазме. Затухание поверхностных волн может быть значительно больше, чем объёмных при тех же условиях, что связано с сильной неоднородностью поля поверхностных волн у границы. В плазменных волноводах с размытыми границами появляется дополнит. затухание поверхностных волн. Поскольку частота поверхностных волн меньше

в однородной плазме, то в переходной области всегда найдётся точка у₀, в к-рой

. В окрестности этой точки поверхностная волна возбуждает ленгмюровскую, а сама затухает.

Литература по плазменным волноводам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.