взаимодействие частиц с волнами

Длина l свободного пробега электрона из-за взаимодействия с равновесными флуктуациями электрич. полей в плазме определяется соотношением , где е-заряд электрона, т_е и -его масса и скорость, -электронная ленгмюровская частота, E - амплитуда электрич. поля равновесных колебаний. Принимая во внимание, что тепловой уровень флуктуац. колебаний (T-темп-ра 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 l_ei=4,5*10⁵ Т²/nL_К (L_К-т.н. кулоновский логарифм)показывает, что , т. е. длина пробега электрона из-за рассеяния на термодинамически равновесном фоне плазменных колебаний в неск. раз (L_K~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 ф-ции 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 ф-ция 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.

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

В. Д Шапиро, В. И. Шевченко.

   <<      Предметный указатель      >>