Колебания ионные в плазме

Дисперсионное уравнение продольных колебаний электронно-ионной плазмы [c.111]

Для элементарного объяснения возникновения колебаний в плазме и подсчёта частоты этих колебаний проводят следующее грубое вычисление. Пусть электроны в плазме смещены на некоторое расстояние в направлении оси X, причём смещение отдельных электронов является функцией х) координаты х, и на двух граничных плоскостях (х) = О, так что вне этих границ смещения нет. Ионы рассматриваем как неподвижные по сравнению с электронами. Тогда, подсчитав изменение числа электронов в тонком слое ёх, конечное изменение концентрации электронов п в данной точке Ди можно выразить так [c.313]

Теория приводит также к возможности колебаний в плазме, вызванных смещением положительных ионов. Частота этих колебаний может лежать в широких пределах, от порядка нескольких мегагерц до звуковой частоты. Теоретически исследованы также колебания электронного газа под влиянием изменения давления этого газа в какой-либо части занимаемого им объёма. Ионные колебания плазмы обладают малой амплитудой, и их трудно выделить в чистом виде на фоне флюктуаций, всегда имеющих место в разряде. Всё это показывает наличие широкого спектра электронных и ионных колебаний плазмы. [c.314]

Как известно, плазма представляет собой смесь заряженных положительно и отрицательно частиц (ионов и электронов). В целом плазма электрически нейтральна, т. е. суммарный заряд ионов нейтрализует заряд электронов. В результате флуктуаций в плазме (в ча стности, в плазме пламени) возможно разделение зарядов, т. е. пламя можно представить в виде конденсатора с некоторым зарядом из-за смещения электронов к одной из поверхностей, ограничивающих данный объем. Конденсатор характеризуется емкостью, разностью потенциалов между обкладками и электрическим полем. Электрическое поле конденсатора будет действовать на электроны с определенной силой, в результате чего электроны переместятся на противоположную поверхность объема. Произойдет перезарядка конденсатора. Далее процесс повторится и будет аналогичен колебательному процессу маятника. При возмущении (вследствие флуктуаций) квазинейтральной плазмы выведенные из состояния равновесия электроны должны начать колебания с частотой [65, с. 3] [c.63]

Это означает, что ионно-звуковые колебания существуют лишь в плазме, температура электронов которой значительно превышает температуру ионов, и лишь для длин волн, больших дебаевского радиуса ионов [8]. [c.112]

Рассмотрим возмущения потенциального электрического ноля в плазме. При этом ограничимся рассмотрением высокочастотных колебаний, для которых влиянием ионов можно пренебречь. Тогда дисперсионное уравнение колебаний потенциального поля имеет вид (29.10) [c.117]

Задача IV. 3. Вывести дисперсионное уравнение продольных колебаний плазмы, состоящей из электронов и нескольких сортов ионов. [c.124]

Задача IV. 4. Найти частоту и декремент затухания продольных колебаний плазмы, состоящей из электронов, легких и тяжелых ионов с максвелловским распределением по импульсам, в предположении, что фазовая скорость колебаний много меньше тепловой скорости легких ионов и много больше тепловой скорости тяжелых ионов Ответ. [c.124]

В изотермической плазме с равными температурами электронов и ионов могут распространяться лишь электронные ленгмюров-ские колебания. Фазовая скорость ы/А таких волн велика по сравнению с тепловой скоростью электронов. Это означает, что оказывается относительно весьма малым число частиц, для которых выполнено условие эффекта Черенкова ы = и которые, как это следует иа формулы (55.13), лишь и могут взаимодействовать с плазменными колебаниями. Поэтому в случае изотермической плазмы вклад взаимодействия с волнами, описываемый интегралом столкновений (55.13), оказывается сравнительно очень малым [7, 8] (см. также [38]). [c.240]

Мы ограничимся рассмотрением положительного столба в инертных и молекулярных газах и металлических парах электроотрицательные газы рассматриваться не будут. Это означает, что в разряде присутствуют только нейтральные молекулы, положительные ионы и электроны. Рассматриваемая теория применима только к определенным областям давления, радиусов трубок, величин токов и т. д. Можно ожидать, что она будет справедлива для давлений от 0,1 до 10 мм Hg, радиусов трубок / от 1 до 10 с. и токов в пределах Ю — а. Ток должен быть достаточно большим, чтобы создать необходимую концентрацию зарядов, но не настолько, чтобы вызвать слишком сильное нагревание или ступенчатую ионизацию газа. В инертных и молекулярных газах часто наблюдаются неподвижные или бегущие страты и колебания плазмы их поведение и причины возникновения рассматриваться здесь не будут. [c.248]

Плазма обладает специфическим движением, которое обусловливается наличием большого количества зарядов. Как известно, у неионизированных систем оно происходит под действием сил тяжести, инерции, упругости, а здесь — под влиянием магнитных и электрических сил. Беспорядочное движение электронов и ионов приводит к тому, что плотность одинаково заряженных частиц на одних участках становится большей или меньшей, в результате чего заряд на одних участках или увеличивается, или уменьшается, что вызывает движение противоположно заряженных частиц в его сторону. В результате этого движения возникают колебания типа маятника, так как перемещение зарядов приводит к образованию новых участков с различной плотностью зарядов одного знака, [c.27]

Физический смысл этого явления заключается в том, что при этом увеличивается число свободных электронов и ионов в самой плазме, т. е. уменьшается ее электросопротивление и падение напряжения на участке дуги. Не случайно в литературе можно встретить различные данные о температуре дуги от 4000 до 8000° К. Подбором материала подставного электрода, введением в состав пробы или непосредственно в плазму дуги летучих элементов можно управлять температурой дуги, т. е. значительно уменьшать ее колебания (натрий, калий, их соединения и пр.). [c.25]

В. Л. Грановский объяснял зарождение автоколебаний в разрядах микропробоями в приэлектродных областях. Однако ни подобные пробои , ИИ разрывы плазмы при турбулентных пульсациях в газе не могут объяснить распространения электрических автоколебаний за пределы этих микрообластей, например в области страт , возникновение которых с появлением автоколебаний можно наблюдать не только при низких, но и при средних давлениях [44]. Поэтому требует специального анализа вопрос, почему электронные колебания могут распространяться по всему столбу разряда без заметного затухания и, кроме того, почему эти колебания имеют частоту порядка 10 —10 гц, которая значительно ниже частот электронных и ионных колебаний, предусматриваемых известными теориями плазмы [45], [46]. При этом следует исследовать вопрос именно об электронных, а не об ионных колебаниях, так как только увеличение скорости колеблющихся электронов может приводить к иовышению концентрации возбужденных молекул, которая наблюдается, например, в светящихся областях страт. [c.31]

Можно показать [25], что в обычных условиях, когда температуры ионов и электронов равны и колебания плазмы возбуждены лишь до уровня равновесных тепловых шумов, интеграл столкновений (I. 4. 29) с логарифмической точностью совпадает с интегралом столкновений, рассчитанным по парным столкновениям. Однако в сильно неизотермической плазме Т,1Т - М1т) формула (I. 4. 28) оказывается неверной, и следует использовать выражения (I. 4. 29) и (I. 4. 30). Грубо говоря, это связано с тем, что в случае изотермической плазмы в ней могут распространяться лишь волны с фазовыми скоростями ш/к (ш — частота волны), значительно превышающими тепловые скорости частиц. Поэтому число частиц, могущих поглощать такие волны, весьма мало (поскольку процесс поглощения носит резонансный характер), что и обусловливает малый вклад взаимодействия с волнами в изотермической плазме. [c.123]

Мы не будем здесь вдаваться в детали выполненных к настоящему времени многочисленных работ но расчету коэффициентов переноса в плазме. Отметим только, что в большинстве из них строго не учитывается коллективный характер взаимодействия заряженных частиц. Как известно, в плазме возможна раскачка различных типов колебаний, так что рассеяние электронов на колебаниях может существенно увеличить эффективную частоту электрон-ионных столкновений, т. е. привести к изменению величины проводимости. [c.136]

Поддержание постоянного осмотического давления и pH внутренней среды благодаря активности белков плазмы. Белки плазмы и гемоглобин содержат как кислые, так и основные аминокислоты, поэтому они могут связывать или высвобождать ионы водорода в зависимости от колебаний pH и тем самым сводить к минимуму эти изменения. Другими словами, кровь играет роль буфера. [c.166]

Значение pH отражает концентрацию ионов водорода (протонов). У нейтральной среды pH равен 7,0, у кислотной — ниже, у основной (щелочной) — выше. Некоторые вещества, называемые буферами, способны поддерживать стабильный pH раствора при добавлении к нему некоторых количеств кислот или щелочей. В норме pH плазмы крови составляет 7,4. Диапазон колебаний этой величины должен быть крайне узок. Дело в том, что от концентрации протонов в среде зависит, например, пространственная структура белков, а, значит, и функционирование ферментов, которые в слишком кислой или щелочной для них среде не только утрачивают активность, но и денатурируются. Подобные изменения могут приводить к гибели организма. [c.33]

Воздействие энергии, выделяющейся при высокой степени неравновесности во время удара или истирания, из-за низкой теплопроводности твердых тел приводит к тому, что какая-то часть вещества находится в виде ионов и электронов — в состоянии плазмы. Механохимические процессы в твердом теле можно объяснить с использованием фононной теории разрушения хрупких тел фонон - квант энергии упругих колебаний кристаллической решетки). [c.48]

До сих пор мы рассматривали предельные случаи, когда либо кь1, либо ки(, где Ье, VI — тепловые скорости соответственно электронов и ионов в плазме. В этом параграфе мы рассмотрим продольные электрические колебания с частотами (о и волновыми числами к, для которых выполняются неравенства [c.56]

Обратимся теперь к изучению влияния теплового движения частиц плазмы на продольные колебания. При этом, имея в виду, что согласно формуле (28.9) влияние ионов пренебрежимо мало, их движением пренебрежем. Поэтому продольные колебания электронной плазмы описываются следующилш двумя уравиениями [c.107]

Продольные колебания в электронно-ионной плазме могут иметь еще одну низкочастотную ветвь, которая существенно связана с наличием ионов плазмы. Как мы покажем длл плазмы, частицы которой распределены по скоростям по закону Максвелла, такие колебания возможны, если температуры электронов значительно пренышает температуру ионов. [c.111]

Элементарное объяснение, которое Ленгмюр и Тонкс дают возникновению колебаний в плазме, заключается в следующем. Так как вследствие малой массы скорость теплового движения, а также скорость передвижения в электрическом поле для электронов много больше, чем для ионов, то ионы можно рассматривать как неподвижные по сравнению с электронами. Пусть некоторое количество электронов в плазме смещено на некоторое расстояние в направлении оси X, причём смещение отдельных электронов является функцией Цх) координаты х. Пусть на двух плоских границах рассматриваемого слоя С (х) = О, т. е. смещения вне этих границ нет. Тогда, как нетрудно сообразить, подсчитав изменение числа электронов в тонком слое йх, конечное изменение концентрации электронов п в данной точке Дп можно выразить так [c.502]

Другой подход к определению длины пробега электрона при взаимодействии с ионной квазирешеткой применен А. И. Губановым [28], который методами модельной теории деформированных координат показал, что отсутствие дальнего порядка в структуре вещества не исключает обмена энергией между электронами и тепловыми колебаниями ионной квазирешетки. Разумно попытаться распространить этот вывод и на плотную плазму. [c.292]

Хотя плазма в целом электронейтральна, в малых объемах существует пространственное распределение зарядов. Последнее, как и в растворах электролитов, характеризуется ближним порядком. Подобно теории сильных электролитов, вводится радиус ионной атмосферы (дебаевский радиус) и получается выражение для радиуса г наименьшего объема, за пределами которого существует электронейтральность г У Тэ1п, где п — число электронов в единице объема. Отсюда видно, что плазма существует при достаточно больших п. При этом происходит сильное электростатическое взаимодействие между частицами плазмы. В результате такого взаимодействия плазма является как бы упругой средой, и в ней возможно возбуждение различных колебаний. [c.357]

Задача IV. 6. В неизотермической плазме с температурой электронов. знач1ггельно превышающей температуру иопов, электроны равномерно дрейфуют относительно ионов со скоростью, много меньшей их тепловой скорости. Найти условие возникновения неустойчивости относительно раскачки ноныо-звуковых колебаний плазмы [12]. [c.125]

В.шяние ионно-звуковых колебаний на э1ектрониыг потоки в неизотермической плазме [c.243]

Из рассмотрения, проведенного в предыдущем параграфе, вытекает, что в условиях сильной неизотермичности плазмы ионнозвуковые колебания существенно видоизменяют интеграл столкновений электронов с электронами. Это позволяет ожидать яначи-тельыого влияния ионного звука и на коэффициенты переноса. [c.243]

Характеристические потери энергии обусловлены коллективным возбуждением электронного газа вещества объекта. Электроны проводимости в металлах (полупроводниках) можно рассматривать как особый вид плазмы, характерной особенностью которой является то, что электроны движутся в решетке из жестко связанных между собой положительных ионов. Если под действием, например, бомбардирующей частицы, произошло смещение электронов так, что их локальная плотность увеличилась. То за счет возросших при этом снтПэттал-кивания у электронов появится составляющая скорости, выводящая их из данного объема. Однако в момент восстановления нейтральности в данном объеме эта скорость не равна нулю, и электроны продолжат свое движение, что приведет в свою очередь к возрастанию положительного заряда и к движению электрона в обратную сторону. Таким образом возникают коллективные колебания в электронной плазме. Совокупность валентных электронов может принимать определенные порции энергии, соответствующие некоторому дискретному уровню возбуждения данного твердого тела. Эти порции энергии можно рассматривать как своего рода квазичастицы— плазмоны. Время жизни плазмона не превышает 10 с. Для каждого металла (полупроводпика и диэлектрика) характерна определенная величина энергии плазмона, поэтому потери энергии электронов на возбуждение плазмонов называют характеристическими или плазменными потерями (рис. 19.4), [c.427]

В химии плазмы приняты некоторые общие определения и соответствующая терминология, позволяющая ввести внутренюю классификацию физических и химических процессов. Так, плазма с условной температурой до 50000 К называется низкотемпературной плазма с более высокой температурой называется высокотемпературной. К последней относится и термоядерная плазма, где температура измеряется миллионами градусов. Низкотемпературную плазму в зависимости от температуры составляющих ее подсистем (электронов, ионов, атомов и молекул) подразделяют на равновесную и неравновесную. Для газофазной системы, где физико-химические превращения протекают на молекулярном уровне, для полной их характеристики необходимо учитывать внутренние степени свободы, температура расщепляется на температуры, характеризующие внутренние движения в молекуле вращения и колебания, электронное возбуждение и ионизацию, в результате чего в системе появляются не только свободные электроны. [c.38]

ПЛАЗМА (в физике) — ионизованный газ, содержащий заряженные частицы (свобод шо электроны и газовые ионы). Газовая П. отличается от системы свободно движущихся заряженных частиц свойством квазипейтральпости положительный заряд ионов и отрицательный заряд электронов в среднем взаимно нейтрализуются. Заметное разделение зарядов в II, возможно лишь на малых длинах или за малые промежутки времени. Длина, на к-рой возможно за-мотпоо разделение зарядов за счет теплового движения, наз. дебаевской длиной, а частота плазменных колебаний, возникающих вследствие разделения зарядов,— плазменной или лэнгмюровской частотой. Система заряженных частиц может именоваться Н. лишь нри условии, что размеры ее велики в сравнении с дебаевской длиной, а время существования — в сравнении с периодом плазменных колебаний. [c.20]

Явление как бегущих, так и стационарных слоёв долгое время не находило удовлетворительного объяснения. В настоящее время в теоретических работах А. А. Власова и его учеников и в экспериментальных работах А. А. Зайцева выяснено, что образование слоистого столба со стационарными и с бегущими слоями органически связано с вибрационными свойствами плазмы (см. 84 гл. X), т. е. с возможностью возникновения в положительном столбе электронных и ионных колебаний, приводящих к колебаниям электрического поля в плазме. Дальнейшее развитие теории плазмы, на основе работ А. А. Власова, И. Базаровым, А. А. Логуновым, Ю. Л. Климантовичем, Г. В. Гордеевым и Г. Я. Мякишевым привело к новым выводам, также оправдывающимся на эксперименте в работах А. А. Зайцева. Работы последнего представляют собой значительный шаг вперёд в исследовании бегущих слоёв и вскрыли много новых сторон этого явления. Результаты, полученные Зайцевым к первой половине 1952 года, можно кратко резюмировать следующим образом [c.280]

Образование ионов из твердого образца является одним из главных, если не самым основным источником элементной дискриминации в искровой масс-спектрометрии. Опыты Скоджербоу и сотр. (Ш65) показали, что случайные изменения в плазме разряда наряду с неоднородностью пластины и неоднородностью образца вносят основной вклад в погрещность метода. В их же экспериментах отмечено, что систематические колебания плазмы относительно невелики. Важность поддержания постоянными параметров высокочастотной искры для точных анализов такого рода продемонстрирована в работах Холидея и сотр. (1966). В настоящее время мы достаточно знаем о многочисленных конкурирующих процессах, сопровождающих разряд, чтобы объяснить многие из его особенностей, и это позволяет нам продвинуться в управлении разрядом. Но для того чтобы предсказать элементную чувствительность, необходимую для проведения точного абсолютного анализа, требуется более полное понимание процессов в противном случае для калибровки следует использовать стандартные образцы. [c.250]

При более детальном подходе к элементарным процессам, имеющим место внутри плазмы, необходимо считаться с микрополями, непостоянными в пространстве и времени и являющимися следствием атомистического строения плазмы. Теоретическому исследованию микрополей и возможной длины свободного пути электронов и ионов в плазме посвящён ряд теоретических работ [1571—1575]. Эксперимент показывает, что при соответствующем расположении опыта в плазме возникают электрические колебания различных частот, начиная от акустических и до очень высоких, порядка 1000 мегагерц. Теоретическое рассмотрение также приводит к необходимости существования в плазме колебаний (так называемых вибрационных свойств плазмы [1570]). [c.489]

В отношении ионов соответствующие явления осложняются взаимодействием ионов с электронами. Они могут вызывать интенсивный обмен энергией между различными зонами плазмы и приводят к наличию широкого спектра возможных ионных колебаний плазмы. Более детальный разбор этих, а также некоторых других вопросов плазмы можно найти в обзоре [1565] и в цитированной там литературе. За последние год1л вопрос о вибрационных свойствах плазмы получил новое освещение в работах А. А. Власова [1570, 1660—1662], основан- [c.503]

Было установлено экспериментально, что в рассматриваемом нами ВЧ разряде плазма имеет значительный полон<ительный потенциал относительно обоих электродов [123]. Этот высокий потенциал является следствием того, что подвижность электронов намного больше подвижности ионов. Из-за весьма малой длительности одного полупериода приложенного напряжения дойти до соответствующего электрода за это время сможет сравнительно небольшое число ионов. Электронов же за каждый полупериод попадает на электроды значительно больше. В результате этого ток высокой частоты, измеряемый во внешней цепи, почти полностью обусловлен электронами плазмы, достигающими электродов в течение чередующихся полупериодов. В течение каждого полупериода из области разряда экстрагируются те электроны, которые к началу полупериода находятся в пределах расстояния А от электрода. Здесь А — а.мплптуда колебаний электрона в высокочастотном поле. Если напряженность приложенного поля записывается как Е=Ет os (ot, то амплитуда колебаний электрона в В4 поле А определяется следующим образом [c.446]

Это соотношение вполне аналогично формуле, недавно выведенной А. В. Богдановым на основе применения независимого метода кинетического уравнения и функщ1й распределения к случаю ионных колебаний, совершающихся в слабоионизированной плазме, содержащей нейтральные частицы, и электроны которой в среднем можно считать как бы неподвижными [54, стр. 38]. Но, конечно, в указанной формуле вместо сй, сос стоят величины ы, сог, относящиеся к ионным колебаниям, и вместо рое — величина рог, выражающая плотность ионов, причем рог + роа обозначено через ро. Поскольку в системе наших равенств (72) — (74) уравнения (72), (73) отличаются лишь индексами е и /, и в формуле (98) возможна такая же замена. Одпако в наши формулы (96), (97) входит коэффициент связи показывающий, что в незамкнутой неизотермической плазме возникновение активносвязанных колебаний заряженных и нейтральных частиц требует особых условий. Выяснение этих условий должно составить предмет дальнейших исследований. Далее, так как при давлениях порядка 100 мм рт. ст. Пд З-Ю см " то если положить для слабоионизированной плазмы 3-10 2 глг-2 и, кроме того Ше Ша ш 2 , из (98) получается (о Ое5-10 . Тогда если со 10 , то ы а 5-10 , т. е. для со получается [юрядок величины, который в действительности можно наблюдать при электрических автоколебаниях в плазме при средних давлениях, что, например, описано в [40], [53]. [c.39]

Тонкие пленки металлов обладают аномальным максимумом поглощения в близкой инфракрасной и видимой области спектра [4, 5]. Особенно подробно изучено поглощение тонких пленок золота. Теория аномального поглощения пленок золота разработана X. Вольтером [6] и В. Хэмпе [7]. Согласно этой теории, наблюдаемый на опыте максимум поглощения (или максимум функции 2nk = / (i)) связан с гранулярным строением очень тонких слоев металла и объясняется коллективным движением электронов — колебанием плазмы, которая представляет собой электронный газ в поле положительных ионов решетки металла. По наблюдаемой зависимости 2nk от длины волны падающего излучения можно рассчитать в классическом приближении резонансную частоту колебаний плазмы. Согласно [c.108]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология