к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Взаимодействие частиц с волнами
Взаимодействие частиц с волнами - характерно для разреженной высокотемпературной плазмы (так же как и взаимодействие волн с волнами) в отличие от жидкости или газа, где взаимодействуют только частицы с частицами. Даже в равновесной плазме флуктуации плотности в электрич. продольных колебаниях обладают заметными рассеивающими свойствами наряду с парными соударениями частиц. Рассеяния частиц и за счёт парных соударений, и на колебаниях (волнах) могут рассматриваться как частные случаи взаимодействия частиц с флуктуациями микрополей. При этом парные соударения - результат рассеяния на флуктуациях микрополей с пространственными размерами меньше дебаевского радиуса экранирования а рассеяние на флуктуациях с размерами, большими , определяет вклад плазменных колебаний.

Рис. 2. Схема вырожденного четырёхволнового взаимодействия.

Длина l свободного пробега электрона из-за взаимодействия с равновесными флуктуациями электрич. полей в плазме определяется соотношением , где е-заряд электрона, те и -его масса и скорость, -электронная ленгмюровская частота, E - амплитуда электрич. поля равновесных колебаний. Принимая во внимание, что тепловой уровень флуктуац. колебаний (T-температура плазмы в энергетич. единицах), получаем, что длина рассеяния электронов на тепловых шумах ly10Т/п (п-плотность плазмы). Сопоставление этой длины рассеяния с длиной рассеяния за счёт парных электронноионных столкновений lei=4,5*105 Т2/nLК (LК-т.н. кулоновский логарифм)показывает, что , т. е. длина пробега электрона из-за рассеяния на термодинамически равновесном фоне плазменных колебаний в неск. раз (LK~10) больше длины свободного пробега из-за парных соударений. T. о., вклад поля колебаний с в процессы рассеяния электронов оказывается несколько на порядок меньше рассеяния из-за парных соударений.

В неравновесной плазме, когда её параметры приближаются к значениям, соответствующим границе устойчивости, увеличивается уровень флуктуац. колебаний. Соответственно увеличивается вклад колебаний в рассеяние частиц, к-рый может превысить вклад от парных соударений. Возникает т. н. явление опалесценции критической, сходное с аналогичным оптич. явлением.

В неустойчивой плазме амплитуды плазменных колебаний возрастают до значений, на много порядков превышающих тепловой уровень. При этом рассеяние частиц на колебаниях становится преобладающим и отвечает за аномальные процессы переноса в плазме (турбулентная диффузия, аномальное сопротивление плазмы и т. п.).

В. ч. с в. приводит не только к изменению со временем функции распределения частиц в координатном пространстве и по компонентам скоростей, но и к изменению во времени характеристик волн (амплитуды, фазы, спектральных характеристик). В равновесной плазме В. ч. с в. отвечает за бесстолкновительное затухание волн, возникающее за счёт поглощения энергии волны резонансными частицами (см. Ландау затухание).

В неравновесной плазме, когда функция распределения частиц существенно отличается от максвелловской, В. ч. с в. приводит к появлению разл. рода неустойчивостей (см. Неустойчивости плазмы).

Обратное воздействие возбуждаемых при неустойчивости колебаний на резонансные частицы приводит к релаксации исходного неустойчивого состояния, так что система возвращается на порог устойчивости. Такую бесстолкновительную релаксацию плазмы обычно исследуют в квазилинейном приближении (см. Квазилинейная теория плазмы).

В плазме возможно также нелинейное резонансное взаимодействие волна - частица, когда в резонанс с частицами попадает биение двух волн . Этот процесс наз. индуцированным рассеянием волн на частицах плазмы. Индуцир. рассеяние особенно существенно, когда число резонансных частиц, взаимодействующих с каждой из двух рассматриваемых волн в отдельности, мало, а в резонанс с биением попадает много частиц. Характерный пример - ленгмюровские колебания. Их частота определяется соотношением , и фазовая скорость колебаний много больше тепловой скорости электронов. Из-за малой дисперсии частоты фазовая скорость биения очень мала и может быть даже порядка тепловой скорости ионов. Поэтому возможно индуцир. рассеяние ленгмюровских колебаний на ионах.

Если индуцир. рассеяние волн происходит на частицах с максвелловским распределением f по скоростям , то оно сопровождается уменьшением частоты и волнового числа ленгмюровских колебаний, поскольку часть энергии и импульса исходного кванта забирается рассеивающей частицей. При индуцир. рассеянии на пучке (т. е. распределение по скоростям немаксвелловское О) имеет место обратная ситуация.

Литература по 

1. Арцимович Л. А., Сагдеев P. 3., Физика плазмы для физиков, M., 1979.

В. Д Шапиро, В. И. Шевченко.

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ