дебаевский радиус экранирования

ДЕБАЕВСКИЙ РАДИУС ЭКРАНИРОВАНИЯ - характерный пространственный масштаб в плазме, электролитах или полупроводниках, на к-ром экранируется поле заряж. частицы за счёт накапливающегося вокруг неё облака зарядов противоположного знака. Д. р. э. впервые был введён в 1923 П. Дебаем (P. Debye) в развитой им теории сильных электролитов. С учётом экранировки электрич. потенциал , создаваемый вокруг заряж. частиц с зарядом Ze (е - заряд электрона, Z - атомный номер) на расстоянии r, определяется соотношением: где r_D - Д. р.э.

Характерную величину Д. р. э. в плазме можно оценить след. образом. Полное разделение зарядов в равновесной плазме (в к-рой темп-ры T электронов и ионов равны) происходит, если потенц. энергия взаимодействия частиц по порядку величины равна тепловой энергии движения частицы kT/2 в направлении разделения . При смещении слоя электронов плотности п относительно ионов на величину r потенц. энергия взаимодействия . Приравнивая её тепловой энергии частицы, получим оценку величины расстояния r, на к-ром возможно разделение зарядов в равновесной плазме; это и есть Д. р. э. . Величина Д. р. э. зависит от свойств среды: концентрации заряж. частиц, их массы, величины заряда и скорости. Д. р. э. мал по сравнению с пространственными размерами плазмы, и она в целом является квазинейтральной. Нарушение квазинейтральности возможно в слоях толщиной порядка Д. р. э. Такие слои возникают, напр., в пограничных областях при контакте плазмы с твёрдым телом. Отрицат. потенциал в таких слоях препятствует уходу электронов из объёма плазмы на поверхность твёрдого тела.

Если плазма неравновесна, то характерный масштаб области разделения зарядов может существенно превышать Д. р. э. Напр., в волнах пространственного заряда (см. Ленгмюровские волны) разделение зарядов происходит на размерах, сравнимых с длиной волны, к-рая может быть больше Д. р. э. В плазме с током возможно такое пространственное разделение зарядов (т. н. двойной электрический слой), характерный размер к-рого может достигать десятков Д. р. э.

Д. р. э.- макс. прицельный параметр, на к-ром происходит кулоновское взаимодействие при парных столкновениях заряж. частиц в плазме. T. к. вследствие дебаевской экранировки электрич. поле кулоновского взаимодействия на расстояниях убывает экспоненциально, то в тех случаях, когда заряж. частица имеет прицельный параметр больше r_D, фактически никакого рассеяния при столкновениях заряж. частиц не происходит. На расстояниях, больших по сравнению с Д. р. э., взаимодействие носит коллективный характер, т. е. осуществляется через самосогласованные электрич. и магн. поля, создаваемые ансамблем заряж. частиц. Для того, чтобы такое взаимодействие было эффективным, необходимо, чтобы число частиц в дебаевской сфере (т. н. параметр идеальности ) было существенно больше единицы: g1. Такую плазму называют идеальной. Если g1, то в такой плазме ср. энергия кулоновского взаимодействия соседних заряж. частиц сравнима или даже больше их кинетич. энергии теплового движения. Ур-ние состояния такой плазмы весьма сложно (см. Неидеальная плазма).

В полупроводниках пропорционален ср. энергии тепловых колебаний решётки и обратно пропорционален плотности носителей тока, к-рая увеличивается при возрастании темп-ры.

Лит.: Франк-Каменецкий Д. А., Лекции по физике плазмы, 2 изд., M., 1968; Спитцер Л., Физика полностью ионизованного газа, [пер. с англ.], M., 1965; Кроля H., Трайвелпис А., Основы физики плазмы, пер. с англ., M., 1975; Арцимович Л. А., Сагдеев P. 3., Физика плазмы для физиков, M., 1979.

В. Д. Шапиро, В. И. Шевченко.

   <<      Предметный указатель      >>