Ионная температура
Ио́нная температу́ра — искусственно введённый параметр, характеризующий среднюю кинетическую энергию хаотического движения ионов в плазме[1].
Физические основы[править]
Ионную температуру ионной подсистемы плазмы обозначают как Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_i.} Применяют этот параметр в случаях, когда поведение ионной подсистемы, то есть распределение ионов в плазме по скоростям, близко к распределению Максвелла. Если плазма достаточно плотная, то количество соударений между ионами и электронами велико, и можно считать ионную и электронную температуру близкими:
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_i=T_e} ,
где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_e} — температура электронной подсистемы в плазме (т. н. электронная температура).
Схема электронной и ионной подсистемы модели плазмы показана на рисунке. Показаны ионы Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle I^+} и электроны Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle e^-} , хаотически двигающиеся в модели плазмы.
Однако, в сильно разряжённой плазме это условие не выполняется, и различие между ионной и электронной температурами может быть достаточно велико, а время выравнивания большим:
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \tau_\epsilon = \frac{3(m_e T_i+M_iT_e)^{3/2}}{8\sqrt{2\pi m_e M_i}n(Z_ie_e)^2 \Lambda}} ,
где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle m_e} — масса электрона, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle M_i} — масса иона, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_e} — температура электронной подсистемы, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_i} — ионная температура, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Lambda} — кулоновский логарифм, определяемый как:
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Lambda = \ln\frac{r_D}{\rho_\perp}} .
Здесь Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle r_D} — дебаевский радиус экранирования, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \rho_\perp} — прицельный параметр ближнего взаимодействия. Для обычной газоразрядной плазмы Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Lambda\eqsim 10-15} .
Кулоновский логарифм качественно можно определить как логарифм отношения максимального к минимальному прицельному параметру. В термоядерных реакторах величина кулоновского логарифма Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Lambda} лежит в пределах от 5 до 10. В экспериментальных расчётах удобно пользоваться обратным кулоновским логарифмом[2]:
Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \frac{\sigma_{exp}}{\sigma_0}=\frac{1}{\Lambda_{exp}(\Gamma)}} ,
где Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \sigma_i} — проводимости, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \Lambda_{exp}(\Gamma)} — обратный кулоновский логарифм.
Так, в плазме, из которой состоит т. н. солнечный ветер, температура протонов в несколько раз меньше Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_e} , и примерно в 4 раза меньше температуры Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \alpha} -частиц Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_{\alpha}} . В других случаях наоборот, ионная температура может в десятки раз превышать электронную, Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle T_i \gg T_e} .
См.также[править]
Примечания[править]
- ↑ Арцимович Л. А., Сагдеев Р. З. Физика плазмы для физиков. — Москва: Атомиздат, 1979.
- ↑ Хомкин А. Л., Шумихин А. С. Кулоновский логарифм при расчете проводимости плазмы: аналитическая теория и численное моделирование // Теплофизика высоких температур. — 2022. — том 60. — № 4. — С. 483—487. — DOI:10.31857/S004036442204010X
Литература[править]
- Кирий Н. П., Савинов С. А. Эволюция температур ионов и электронов в плазме токовых слоёв, сформированных при разряде в криптоне // Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. — 2021. — № 2.
- Голятина Р. И., Майоров С. А. О температуре ионов в криогенном разряде // Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. — 2016. — № 8.
- Жданов С. К., Курнаев В. А., Романовский М. К., Цветков И. В. Основы физических процессов в плазме и плазменных установках. — Москва : МИФИ, 2007.
Ссылки[править]
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Ионная температура», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|