2 PLASMA AS A SUBJECT ПЛАЗМА ЯК ОБ’ЄКТ OF PHYSICAL STUDY ФІЗИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ A

Це, наприклад, електронне заповнення сильнона зміщення щодо іонів у перпендикутного діода або сильноточні пучки зарядженого площини шару напрямку (рис. 5). Якщо ні частинок. Але їх все ж таки зручніше вивчати, отталкиx – просторове зміщення (x l), то заряд на ваясь від відомої квазінейтральної фізики одиницю площі у вузьких прикордонних шарах окаплазми.) Але квазінейтральність – властивість надається рівним dQ/dS = nex. Вся картинка дуже сильна – локальна. Чим вище концентрація заряджених частинок, тим складніше виявляється поділ зарядів. Реальні кількісні оцінки можна отримати, виходячи з наступного - + + - + - E прикладу. Візьмемо кубик об'єму V = 1 см3 і припустимо – – кладемо, що його заповнює плазма, досить ти – – печова для лабораторних експериментів:

n = ni = ne = 1014 см-3.

Нехай ми хочемо порушити рівність концентрацій у цьому обсязі всього на один відсоток, тобто створити надлишок концентрації будь-якого з компонентів n – 0,01n = 1012 см-3.

l Оцінимо електричне поле, що виникає при цьому, використовуючи теорему Гауса:

q - ------------Мал. 5. До обговорення ефекту плазмових кілEdS ES = ---- = nVe, 0 баній.

, ‹2, нагадує плоский конденсатор, так що не перед- такого спілкування обмежена характерним масштабом. Колектив може сформуватися та бутижиттєздатним лише за умови, що число годин S U, Q, тиц у сфері дебаївського радіусу (воно так і називає E = --- U = --- C = -------, l C l є дебаївським числом) досить велике:

звідки 4-nr 4-( ND = ----- = ----- kT )3/2n-1/2 e–3 1.

De nex. 3 E = ------- Оскільки ND T3/2n- 1/2, то для цього плазма повинна бути або досить гарячою (термоядерна), Зважаючи на співвідношення мас Mi/me 1, можна знехтувати зміщенням іонів, і тоді електро- або досить розрідженою (космічна). У протилежному випадку ми справді матимемо детронне рівняння руху виявляється дуже ло на мікроскопічному рівні з чимось на кшталт ипростим:

нізованого газу, хоча макродинаміка збереже ne2x, всі особливості, про які ми говорили в попередньому пункті.

dt2 а це є не що інше, як рівняння гармонійних (малих) коливань:

Можна спробувати визначення плазми.

ne2- 1/2 З тим, що вона дійсно заслуговує на статус d2x ------- = – x, = --------.

pe особливого агрегатного стану, читач, сподіваюся, m dуже готовий погодитися. Все ж таки деяку проблему Ось таким чином ми змоделювали найбільше відсутність класичного фазового петипового для плазми колективного руху, ко- реходу в такий стан. Тому фахівці в якому називають ленгмюрівськими, або навіть різних галузях фізики плазми – термоядерсто плазмовими коливаннями (хоча, взагалі говної, космічної, холодної (електроніка, плазмора, в плазмі можуть реалізуватися багато десятків хімія), плазми твердих тіл (електрон) типів коливальних і хвильових рухомості в металах, електронно-діркова плазма ний).різному його поніелектронна частота і виявляється добре мають. Таким чином, наша дефініція не може pe з нашого розгляду, характерною частотою претендувати на досконалу універсальність.

І все-таки, якщо ми хочемо ідентифікувати плазму як про систему квазінейтральної, а тим більше саме фізику плазми як четвертого стану як про суцільне середовище, ми маємо на увазі картину, речовини, то можемо визначити її так:

усереднену за проміжком часу, багато біль Плазма є неструктурована квазінейтшого періоду ленгмюрівських коливань. Що ж реальна система, складена з великої кількості стосується просторового масштабу, то його нам заряджених частинок і характеризується істотно доведеться навести без подібної ілюстрації колективною динамікою.

(Трудно підібрати настільки ж простий приклад), але (Не відмежувавшись від структур, ми ненароком сам по собі він виглядає досить очевидним:

включили б у це визначення іонні кристали.) відстань, яка пролітає електрон, движу Спробуємо позначити – хоча б у вигляді коротких з тепловою швидкістю, за період плазментезів – основні напрямки дослідження них коливань. Називають цей масштаб дебаївських колективних властивостей плазми. Насамперед коротким і позначають rDe. Отже, ось умови, при кількох словах про експериментальні методи. Від торих процес чи явище можна вважати квапливого читача навряд чи вислизнуло те обнейтральним:

основність, що основний стрижень фізики плазми 1/VTe kT -1 0 – електродинаміка, безвідносно до того, яку t, x rDe = ------- = -----------.

pe плазму та у яких проявах ми вивчаємо. Відповідно домінують в експериментальній фізиці Тут t, x - характерніпросторовий та плазми електротехнічні та радіофізичні тимчасової масштаби.

методи, зрозуміло, відповідному рівні.

А тепер ми вже цілком в змозі отримати Справа в тому, що, скажімо, в ситуаціях з характерною кількісною умовою суттєвості за часів порядку наносекунд при струмах потивних взаємодій у плазмі хоча б у рамках рядка мегаампер навіть вимірювання струму і напруги розглянутого нами кола ефектів. “Спілкуються” перетворюється на досить нетривіальне завдання, частинки в плазмовому “колективі” через посеред- вирішувати яку має кваліфікований фіство електричного поля, а отже, можливість зік-експериментатор. Величезну роль відіграють в фізиці плазми оптичні методи дослідження що турбулентність, а не термодинамічний рів(і треба помітити, що навіть при простому візуальному новесі, є основна форма її існування.

спостереженні цей фізичний об'єкт просто по-на- Турбулентність, "побудована" виключно з стоїть красивий), широко використовуються рентге- коливальних збуджень, цілком реальна (таконівські діагностики, а також корпускулярні ме-ва, наприклад, турбулентність хвиль на воді), але це тодики, тобто зондування плазми пучками аж ніяк не єдиний можливий сценарій. Сучастиць. Існує також вихрова турбулентність (аналог - турбулентний струмінь), солітонна турбулентність - Як і взагалі у всіх областях сучасної фії всі ці варіанти нелінійної динаміки призики, принциповий момент у всіх експеривизначених умовах реалізуються у фізиці плазментальних роботах з фізики плазми - експерименти. Крім турбулентності, виявилися і друментальна установка, принцип її роботи та яскраві прояви колективних властивостей – дитехнічне виконання. Для сучасної експенамічнінелінійні структури (у зв'язку риментальної фізики взагалі характерно поєднуючи іноді говорять навіть про "плазмової синергетики").

ня високого наукового рівня й найвищого (найчастіше поки що недоступного промислово-виникає природне питання: чи є у всьому ти) рівня інженерно-технічних розробок.

У цьому хоч який-небудь практичний зміст ОкаВ плазмовому експерименті промислові мас- зується, є. Не торкаючись астрофізичних приладів повинні поєднуватися з прецизійністю вижень (у більшості своїй також представляють повнення, широким використанням сучасних скоріше академічний інтерес), ми згадаємо лише технологій (наприклад, надпровідних), найбільш два найважливіші аспекти проблеми керованого високим класом апаратури та комп'ютерного термоядерного синтезу . По-перше, колективне забезпечення. У теоретичній фізиці плазми до динаміка плазми визначає коефіцієнти перенастоящего часу домінують аналітичні носа і тим самим – час утримання плазми у методи дослідження, які, проте, за всіх критеріїв Лоусона. І по-друге, саме колекції більшою мірою доповнюються і продовжуються тивні, некласичні механізми нагріву найчисельнішим моделюванням.

е перспективні для досягнення за час необхідної температури.

Найпростіший прояв колективних властивостей плазми – коливання та хвилі, а також різному Автор дякує за підтримку в роботі провиду нестійкості. Їх, на відміну, наприклад, від граму “Соросовські професори”.

газу або твердого тіла, в плазмі безліч, і вже протягом приблизно сорока років ця сторона плазмової динаміки активно досліджується. Природним розвитком цих робіт став інтерес до плазу Олександр Сергійович Кінгсеп, доктор фізикоменної турбулентності. Найважливішою властивістюгоматематичних наук, професор, головний осередок (або досить розріджений, ND 1) науковий співробітник українського наукового центру плазми виявилася наявність великої кількості колекцій “Курчатівський інститут”, професор Московського ступеня свободи, так що можна сказати, фізико-технічного інституту.