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2017年12月11日 星期一

丁酉(鸡)年十月廿四

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  等离子体中含有带电粒子(电子、离子)和中性粒子(原子、分子)。中性粒子之间的碰撞可参见分子运动论,带电粒子与中性粒子之间的碰撞接近中性粒子之间的碰撞。这里仅限于讨论带电粒子之间的碰撞。
  带电粒子之间可以产生近距离的碰撞,这种碰撞只是一个粒子和另一个粒子相碰,一次碰撞的结果是至少有一个粒子的速度有明显的偏转。
  除近碰撞外,带电粒子之间还存在远距离的碰撞。由于粒子之间的库仑作用力是长程力,它的作用范围一直延伸到以德拜长度为半径的德拜球,德拜长度比起粒子间的近距离碰撞参量来是一个很长的距离,在这种远距离的弱相互作用下的碰撞就是远碰撞,它造成粒子速度的微小偏转,当这些微小偏转累积起来,使偏转达到90°,就相当于一次碰撞。
  在等离子体中,带电粒子间的远碰撞作用一般说来远大于近碰撞,前者比后者大8lnΛ倍左右,lnΛ称为库仑对数,lnΛ≈10,所以,碰撞频率主要是由远碰撞决定。
  用等离子体中的粒子碰撞表示a类粒子碰b类粒子的碰撞时间,等离子体中带电粒子之间的碰撞时间有 4种:等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞,分别表示电子碰电子、电子碰离子、离子碰离子及离子碰电子的碰撞时间。对于热平衡的等离子体,严格的计算得到(假设离子是一次电离)

等离子体中的粒子碰撞
等离子体中的粒子碰撞

式中 memiTeTi分别是电子和离子的质量和温度,n是电子或离子密度,e是电子电荷,TeTi以尔格为单位,其他各物理量都是用高斯单位。
  它们之间的相对大小是

等离子体中的粒子碰撞

  碰撞频率v=1/τ,所以4种碰撞频率的相对大小是

等离子体中的粒子碰撞

TeTi时,有关系

等离子体中的粒子碰撞=等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞等离子体中的粒子碰撞

  带电粒子之间碰撞的一个特点是:碰撞频率vT3/2(当Ti=Te=T 时)成反比,T越高,v越小。这和气体分子之间的碰撞性质完全不同。

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更新时间 : 2009-05-19

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