Источник плазмы как конечное звено системы обеспечения его функционирования, страница 4

Такая плазма является неизотермической. В случае максвелловской функции распределения частиц температура  характеризует среднюю кинетическую энергию теплового движения частиц данного сорта.

Если максвелловское распределение отсутствует, можно ввести так называемую «кинетическую» температуру

                                      (1.1.2.)

которая уже не обладает всеми физическими свойствами истинной температуры.

Температуру компонентов плазмы измеряют как в градусах абсолютной шкалы, так и в электрон-вольтах, помня, что 1 эВ = 11600К.

Несколько слов об абсолютных значениях основных параметров плазмы  и  в зависимости от конкретных условий. Плазму газового разряда называют низкотемпературной. Ее температура обычно не превышает 10⁴…10⁵ К, а концентрация заряженных частиц 10⁸…10¹⁵ см^-3, причем такая плазма практически всегда слабо ионизована. Если температура плазмы превышает 10⁵ К, то плазма считается высокотемпературной, а концентрация заряженных частиц может находиться в пределах 10⁴…10⁸ см^-3 (в солнечной короне) и до 10²²…10²³ см^-3 (в установках для получения термоядерного синтеза).

Квазинейтральность. Не всякий ионизованный газ представляет собой плазму. Нужно еще, чтобы он обладал свойством квазинейтральности, т.е. в среднем за достаточно большие промежутки времени и на достаточно больших расстояниях был в целом нейтральным (n_i ≈ n_e.)

Для квазинейтральности плазмы необходимо, чтобы ее характерные размеры >> .

Поскольку между частицами плазмы имеют место взаимодействия, а в том числе и соударения то для их численного определения необходимо ввести какие-то величины, характеризующие данный процесс. Столкновения нейтральных частиц бывают упругими и неупругими. При упругом столкновении происходит только обмен кинетической энергией, при неупругом - превращение кинетической энергии сталкивающихся частиц в другие формы энергии. Это превращение энергии может заключаться в возбуждении, ионизации или перезарядке.

При возбуждении кинетическая энергия тратится на перевод электрона одного из атомов или молекул, участвующих в столкновении, на более высокую орбиту. Затем энергия возбуждения излучается в виде электромагнитного излучения. Если кинетическая энергия достаточна для полного отрыва электрона от атома или молекулы, то становится возможной ионизация. Наконец, если атом сталкивается с ионом, то происходит, имеющий очень важное значение в физике плазмы, процесс перезарядки. Ион отбирает у атома электрон, причем атом превращается в ион, а ион в атом.

Ион может ускоряться электрическими и удерживаться магнитными полями. Если же быстрый ион отберет у атома электрон, он превратится в быстрый атом, на который магнитное поле не действует. Атом никакая магнитная ловушка не удержит, и он уйдет на стенку, унося с собой кинетическую энергию, которую сообщило ему электрическое поле. А получившийся при перезарядке ион - медленный; его надо опять ускорять.

Вероятности различных процессов столкновения принято характеризовать соответствующими эффективными сечениями: сечением возбуждения , сечением ионизации , сечением перезарядки .

Эти сечения определяются так, что частица, движущаяся со скоростью  в среде с концентрацией , производит за единицу времени  соответствующих процессов. Сумма этих трех сечений есть полное сечение неупругих процессов:

.                                   (1.1.3.)

Упругие столкновения приводят к рассеянию частиц и к обмену энергией. Они важны для электропроводности и для процессов переноса.