Іонний звук

Іонний звук — хвилі в плазмі, при яких із положення рівноваги зміщуються важкі іони. Іонний звук загалом аналогічний звуковим коливанням у газах, однак має свої особливості, пов'язані з кулонівською взаємодією іонів із вільними електронами.

Швидкість іонного звуку визначається за формулою

${\displaystyle v_{s}={\sqrt {\frac {\gamma _{e}k_{B}T_{e}+\gamma _{i}Zk_{B}T_{i}}{M}}}}$,

де ${\displaystyle \gamma _{e}}$ та ${\displaystyle \gamma _{i}}$ — показники адіабати для електронів та іонів, відповідно, Z — ступінь іонізації іонів, ${\displaystyle T_{e}}$ та ${\displaystyle T_{i}}$ — електронна та іонна температури, відповідно, M — маса іонів, ${\displaystyle k_{B}}$ — стала Больцмана.

Електронна температура може відрізнятися від іонної при швидкому нагріванні плазми, при якому енергію отримують у першу чергу легкі частники — електрони, й теплова рівновага між електронною та іонною підсистемами ще не встановилася. Якщо ${\displaystyle T_{e}\gg T_{i}}$, другий член у чисельнику під коренем малий. Показник ${\displaystyle \gamma _{e}}$ можна вважати близьким до одиниці, оскільки процеси в електронній підсистемі відбуваються ізотермічно.

Дисперсія

При збільшенні частоти звукових хвиль закон дисперсії іонного звуку набирає вигляду

${\displaystyle \omega ^{2}={\frac {v_{s}^{2}k^{2}}{1+k^{2}d^{2}}}}$,

де k — хвильове число, d — дебаївський радіус екранування.

Відношення ${\displaystyle v_{s}/d}$ накладає обмеження на частоту іонного звуку в плазмі. Для дуже коротких хвиль фазова швидкість прямує до нуля, при цьому відбуваються коливання іонів при непорушній електронній підсистемі плазми, зміщенню в якій перешкоджає тиск.

Див. також

Джерела

• Кадомцев Б.Б. (1988). Коллективные явления в плазме (російська) (вид. 2-е изд. испр. и доп.). Москва: Наука. {{}}: Cite має пусті невідомі параметри: |пубрік=, |посилання=, |глава=, |пубдата=, |авторлінк=, |лінк=, |главалінк= та |пубмісяць= ()