ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ударные волны в плазме из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Максвелловские распределения в электронном и ионном газах устанавливаются весьма быстро, за время порядка времени между соударениями частиц ). Выравнивание же температур обоих газов вследствие огромного различия масс электронов и ионов происходит гораздо медленнее. Этот релаксационный процесс и определяет ширину фронта ударной волны в плазме. [c.398] Выясним качественно, к чему приводит малая скорость обмена энергиями электронов и ионов, для чего предположим сначала, что электронная теплопроводность не отличается от ионной. Кроме того, будем считать, что ионизация происходит не в самой ударной волне, а волна распространяется по уже ионизованному газу. [c.398] Электроны и ионы связаны между собой электрическими силами взаимодействия, причем связь эта очень сильна. Малейшее разделение злектронного и ионного газов приводит к возникновению мощных электрических полей, которые препятствуют дальнейшему разделению. Поэтому каждая частица плазмы остается электрически нейтральной. Плотность электронов Пе всегда совпадает с плотностью положительных зарядов 2щ 2 — заряд ионов, Пежщ — числа электронов и ионов в 1 см ). В скачке уплотнения электронный газ ведет себя не независимо, а сжимается точно так же, как ионный. Можно сказать, что электроны жестко привязаны к ионам электрическими силами. Эти силы являются внешними по отношению к электронному газу и не производят диссипации. Поскольку диссипация энергии за счет действия сил электронной вязкости ничтожно мала, в скачке уплотнения происходит адиабатическое сжатие и нагревание электронного газа. [c.399] например, при сжатии водородной плазмы сильной ударной волной плотность ее повышается в скачке уплотнения в четыре раза, в соответствии с показателем адиабаты у = 5/3. Температура ионов может возрастать очень сильно, если амплитуда волны высока, температура же электронов в скачке уплотнения возрастает только в 4 - = = 4 3 = 2,5 раза. [c.399] Поэтому в сильной ударной волне, распространяющейся по плазме с одинаковыми температурами электронов и ионов, за скачком уплотнения возникает резкое различие температур обоих газов затем в частице, испытавшей ударное сжатие, начинается процесс передачи тепловой энергии от ионов к электронам, который приводит к выравниванию температур через время порядка времени обмена (см. 20 гл. VI). [c.399] При сравнимых температурах и в легких газах, например в водороде (2 = 1), длины пробега электронов и ионов одного порядка. Скорость же электронов в раз больше скорости ионов. Поэтому коэффициент электронной теплопроводности в / тг/ е раз больше коэффициента ионной теплопроводности, и характерный масштаб, на котором разыгрывается процесс электронной теплопроводности. [c.400] Ширина прогревного слоя перед скачком уплотнения довольно быстро возрастает с повышением амплитуды волны. Если принять во внимание, что le а D то из формулы (7.36) найдем зависимость Хд Т D . [c.402] При учете электронной теплопроводности в очень сильной ударной волне неионизованный газ сильно прогревается и ионизуется еще перед скачком уплотнения, так что качественные особенности структуры волны, распространяющейся по ионизованному газу, остаются в сило и в том случае, если волна бежит по неионизованному газу. [c.403] Электронпая температура па скачке равна Т = 0,93 Гх ионные температуры перед и за скачком = 0,16 Г], = 1,24 Т. Плотности перед и за скачком Со1/0о = 1,13, Оог/Оо = 3,53. [c.403] Найдем условие, определяющее электронную температуру в скачке уплотнения. [c.403] Поток на разрыве испытывает скачок разность потоков по обе стороны разрыва соответствует работе изотермического сжатия электронного газа внешними силами, действующими со стороны ионов. [c.404] Систему уравнений, описывающих структуру фронта, можно решить только путем численного интегрирования. Это было сделано В. Д. Шафрановым [43] для предельного случая сильной волны (Р1/ро 1) в водородной плазме (2 == 1) с нулевой начальной температурой. Профили температуры и плотности приведены на рис. 7.20. Температура Г] здесь произвольна (она пропорциональна квадрату скорости волны О). За единицу длины принята величина 0,019 где Хдц — характерное время обмена в конечном состоянии за фронтом ударной волны например, при начальной плотности пю = Пео = 101 температуре за фронтом Г1 = 10 ° К,Тец = 3,3-10- сек, I) = 94 км сек и единица длины равна 5,9-10- см. [c.404] В предыдущем параграфе предполагалось, что электроны и ионы жестко связаны друг с другом электрическими силами, и плазма в каждой точке ударной волны электронейтральна плотность электронов меняется от точки к точке в точности пропорционально плотности ионов. Б действительности, это положение выполняется не вполне строго. Благодаря существованию больших градиентов электронной плотности в скачке уплотнения и высокой подвижности электронов, связанной с исключительной малостью их массы, создаются благоприятные условия для диффузии электронного газа относительно ионного, изменения концентрации электронов и возникновения объемных зарядов. [c.404] Вернуться к основной статье