§ Plazma idealligi

§ 3. Plazma idealligi.
Gazga o'xshatib, zarrachalarning o'rtacha kinetik energiyasi ularning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasidan sezilarli darajada katta bo'lsa, plazma ideal hisoblanadi. Gazda zarrachalarning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi van-der-Vaals kuchlariga, plazmada - Kulon o'zaro ta'siriga bog'liq. Bir-biridan R masofada joylashgan e zaryadli ikki zarrachaning kulon o'zaro ta'sirining energiyasi e²/R ga teng. Plazma zichligi n bo'lgan zarralar orasidagi o'rtacha masofa R∼n^−1/3 ga teng va zarrachaning o'rtacha kinetik energiyasi energiya birliklarida o'lchangan T haroratga kattalik tartibida teng.
Shunday qilib, plazma ideallik holatini quyidagicha shakllantirish mumkin:

yoki

bu yerda γ - noideallik parametri. Bu holatga biroz boshqacha ma'no berilishi mumkin. Zarralarning kulon o'zarota'sirining kesishishi tarqalish amplitudasi bilan belgilanadi, kattalik tartibida,

Shubhasiz, plazma ideal, agar tarqalish amplitudasi o'rtacha zarrachalar oralig'idan ancha kam bo'lsa (aks holda zarrachalarning o'zaro joylashuvining o'zaro bog'liqligi muhim)

va biz yana (1.6) kriteriga erishamiz.
Plazma idealligi holatiga yanada yorqinroq ma'no berish, ya'ni plazma hajmida Debay radiusiga teng radiusli sharni ajratib ko'rsatish va ushbu sferada mavjud bo'lgan N_D zarralari sonini hisoblash foydalidir:

Agar (1.6) kriteri bilan solishtirsak, Debay radiusi bo'lgan shardagi zarrachalar soni ko'p bo'lsa, plazma ideal degan xulosaga kelamiz. Ko'pincha plazmaning idealligi yoki ideal emasligi o'lchovi sifatida N_D raqami ishlatiladi.
Olingan natijani raqamli misol bilan ko'rsatamiz. Shunday qilib, termoyadro plazmasiga xos bo'lgan harorat va zichlik qiymatlari uchun (2-bandga qarang) biz N_D~10³>>1 ni olamiz va bunday plazma juda idealdir. Odatdagi harorati ~10⁴K va kontsentratsiyasi taxminan havo konsentratsiyasiga teng bo'lgan chaqmoq plazmasi uchun ~10¹⁹cm^-3 bo'lsa, biz N_D~0,1 ni olamiz. Bunday plazma zaif darajada ideal emas, shuning uchun o'z-o'zini ushlab turuvchi chiziqli bo'lmagan tuzilmalarni ishlab chiqarishga qodir. Ehtimol, ishonganidek, bu ko'pincha oddiy chaqmoq oqimida paydo bo'ladigan to'p chaqmoqlarining tabiatidir. Biroq, bu tabiiy hodisaning batafsil mexanizmi hali oxirigacha aniqlanmagan.
Ideallik tushunchasi degeneratsiyalangan plazma uchun ham amal qiladi. Biroq, bu holda, zarralarning Kulon o'zarota'sirining energiyasi Fermi energiyasi E_f bilan taqqoslanadi. Ma'lumki, zarrachalarning klassik yoki kvant tavsifining qo'llanilishi va ularning o'zaro ta'siri de Broyl to'lqin uzunligi λ_Б ning xarakteristik masofaga nisbati bilan belgilanadi, buning uchun n^-1/3 ni olish qulay.
λ_Б<-1/3 uchun biz klassik tavsif bilan, λ_Б≥n^-1/3 uchun kvant bilan ishlaymiz. Muhitdagi zarrachaning o'rtacha impulsini p~(mT)^1/2 sifatida ifodalovchi degeneratsiya mezoni uchun biz λ_Б~ ≥ n^-1/3 yoki

Degeneratsiyalangan plazma uchun ideallik sharti e²n^-1/3<<(h²n^2/3)/m_e munosabatlarining bajarilishiga mos keladi.

bu yerda a_Б- Bor radiusi (a_Б= 0,529⋅10^-8sm). Kulon o'zaro ta'sirining bu masofadagi zarracha energiyasi e²/2a_Б ≡ R_Y (Rydberg energiyasi R_Y = 13,6 eV).

Harorat va kontsentratsiya koordinatalaridagi 1.4-rasmda yuqoridagi aloqalar o'rnatiladigan mintaqalar ko'rsatilgan. Shuningdek, u yerda turli xil plazma ob'ektlariga xos bo'lgan n va T qiymatlari oralig'i ko'rsatilgan.