Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük. MI A PLAZMA? A plazma olyan sokrészecske rendszer, amely zömmel töltött részecskékből áll. A plazma nagy térfogatokban kvázineutrális. A plazma viselkedésében a kollektív tulajdonságok dominálnak. Ha a kvázineutralitást megzavarjuk: divD =  divoE ~ oE/x ~ ne Az E elektromos tér hatására egy elektron a pozitív töltés körül az eE=mx” mozgás- egyenlet szerint pe=(ne2/m o ) [cgs:] (4ne2/m ) frekvenciával rezeg és sugároz. Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.

A PLAZMÁK ALAPVETŐ TULAJDONSÁGAI Jellemző a plazmára az a rD távolság, amelynél a részecskék hőmozgásának az energiája, T, megegyezik a töltésszétválás során keletkező U=eEx potenciális energiával. E szerint, az U = eEx ~ T összefüggés alapján rD= (To /ne2); neve: Debye-hossz. [cgs:] rD= (T/4ne2); Ha a plazma sűrűsége n, akkor az átlagos távolság két részecske között r~(1/n)1/3, és a két részecske közötti potenciális energia e2n1/3. Ennek kisebbnek kell lennie, mint az átlagos T kinetikus energiának, azaz n rD3>>1. Ionizált gázt akkor nevezünk plazmának, ha a fenti feltételen kívül a Debye-hossz kicsiny az elfoglalt tér méreteihez képest. Praktikus képlet: rD [cm] = 743 (T[eV] / n[cm-1] )1/2 Egy részecske közelében a potenciál:  = (e/r) exp(-r/rD)

KÜLÖNFÉLE PLAZMÁK JELLEMZŐI 1. A plazma elektronsűrűsége cm-3

KÜLÖNFÉLE PLAZMÁK JELLEMZŐI 2.

KOLLEKTÍV TULAJDONSÁGOK Az elektromágneses kölcsönhatás és a részecskék mozgékonysága hatására a plazmában elektromágneses hullámok, új szabadsági fokok gerjednek. Ezek nem köthetőek egyedi részecskékhez, a plazmát kollektív tulajdonságok jellemzik. A nem-egyensúlyi eloszlások szabad energia forrásai.

HIG PLAZMÁK A plazmát akkor nevezzük hígnak, ha a plazmában az ütközések elhanyagolhatóak, azaz a plazma ütközésmentes. Ez pontosabban azt jelenti, hogy: az ütközések effektív gyakorisága (1/, ahol  a két ütközés között eltelt átl. idő) sokkal kisebb, mint a terek jellemző  frekvenciája, azaz  >>1; a szabad úthossz nagy a terek változásának karakterisztikus méretéhez képest. A naprendszerbeli híg plazma nem relativisztikus, és klasszikus (nem kvantált).

A FÁZISTÉR Ha meg akarjuk oldani az mx”=F Newton egyenletet, kell tudni a határfeltételeket, a pont helyét (x) és sebességét (v) t=0-ban. A pont mozgását jellemezhetjük azzal, hogy t=0 -ban különböző (x,v) helyekről melyik (x,v) helyekre ér később - pálya a fázistérben. Az (x,v) 6-dimenziós tér a fázistér. Ha sok pontunk van: eloszlásfüggvény a fázistérben: f(x,v) dx dv annak a valószínűsége, hogy hány részecske van (x,v) körül.

A PLAZMA LEÍRÁSA 1. KINETIKUS LEÍRÁS: az azonos részecskéket fi(x,v,t) eloszlás-függvénnyel írjuk le mivel a plazma ütközésmentes, a BOLTZMANN egyenlet szerint itt  VLASOV EGYENLET + MAXWELL EGYENLETEK

AZ ÜTKÖZÉSMENTES HÍG PLAMZA FOLYADÉKKÉNT VISELKEDIK!!! A PLAZMA LEÍRÁSA 2. HIDRODINAMIKAI LEÍRÁS A Maxwell-Vlasov egyenletek momentumait képezzük, dv, v dv, vi vj dv mennyiségekkel, ez a 3 egyenlet az anyag-, impulzus-, és energiamegmaradást írja le az egyenleteket lezárjuk, pl. az állapotegyenlettel AZ ÜTKÖZÉSMENTES HÍG PLAMZA FOLYADÉKKÉNT VISELKEDIK!!!

A Naprendszer “folyadékmodellje”

A PLAZMA LEÍRÁSA 3. HIDRODINAMIKAI LEÍRÁS FONTOS KÖVETKEZMÉNYE: A MÁGNESES TÉR “BEFAGYÁSA” A VÉGTELEN VEZETŐKÉPESSÉGŰ PLAZMÁBA: HA KÉT RÉSZECSKE EGY ADOTT IDŐPONTBAN UGYANAZON A MÁGNESES ERŐVONALON VOLT, AKKOR KÉSŐBB IS AZON MARAD

A PLAZMA LEÍRÁSA 4. PRÓBARÉSZECSKE LEÍRÁS egy részecske mozgásegyenletét vizsgáljuk, elhanyagolva a visszahatást a külső terekre: adiabatikus invariánsok: bizonyos zárt pályákon a fizikai mennyiségek megmaradnak, pl. a gyűrűáram mágneses momentuma  mágneses csapdák

A PLAZMA LEÍRÁSA 5. HIBRID NUMERIKUS KÓDOK A plazma mozgását sok részecske mozgásaként nyomonkövetve vizsgáljuk, figyelembe véve, hogy a külső tereket a részecskék keltik. Kinetikus leírás az ionokra, hidrodinamikai leírás az elektronokra.

TIPIKUS PLAZMAMÉRÉSEK:

TÖLTÖTT RÉSZECSKE DETEKTOR CASSINI PLAZMA SPEKTROMÉTER (CAPS) ESA: ELEKTROSZTATIKUS ANALIZÁTOR (E/Q) REPÜLÉSI IDŐ ANALIZÁTOR (M/Q)

ENERGIKUS SEMLEGES RÉSZECSKÉK IONOK TÖLTÉSCSERÉVEL SEMLEGES ATOMMÁ ALAKULNAK A SEMLEGES ATOMOK VISZONYLAG ZAVARTALANUL NAGY TÁVOLSÁGRA TUDNAK ELJUTNI EZEKET DETEKTOROKKAL ÉRZÉKELJÜK AZ ŰRSZONDÁKON