Ленгмюровские колебания

В релятивистской плазме наряду с теми колебаниями, которые были нами рассмотрены (так называемые ленгмюровские колебания), возможны также колебания с законом дисперсии, похожим на закон дисперсии звуковых волн в нейтральном газе . На существование таких колебаний указывал А. А. Власов. В нерелятивистской плазме ввиду сильного затухания Ландау этот тип колебаний существовать не может. Однако такие колебания возможны в ультрарелятивистской плазме, одномерной к тепловому разбросу скоростей, которое реализуется в сильном внешнем магнитном поле. В трехмерной плазме колебания такого типа невозможны. Таким образом, вибрационные свойства релятивистской плазмы существенно зависят от анизотропии функции распределения в пространстве скоростей. [c.134]

В П.-п. р. значительный, а зачастую определяющий вклад в ионизацию вносят разогретые тепловые электроны плазмы, концентрация к-рых по мере развития разряда обычно начинает превышать концентрацию электронов в пучке. На формирование ф-ции распределения тепловых электронов оказывают влияние упругие и неупругие столкновения, а также ускорение электронов в электрич. полях ленгмюровских колебаний. [c.609]

Плазменные ленгмюровские колебания и волны. Предположим, что все электроны в тонком слое холодной бесстолкновительной безграничной плазмы (Те = Tj = О, Fei = Fie = 0) внезапно смещены вправо так, что между плоскостями 1 и 2 на рис. 5.8 а электронов нет. Ионы плазмы будем считать неподвижными. Справа от плоскости 2 будет избыток заряда, что приведет к возникновению возвращающей силы = = —еЕх, обусловленной декомпенсацией зарядов. Величину Ех мы уже [c.121]

Хотя частоты можно найти точно, естественно воспользоваться условием ш шо которое очевидно выполняется, если в конденсаторе находится один электрон. Частота колебаний в контуре смещается очень мало относительно частоты о, поэтому, положив ш = шо + 5ш, получим 5со Шр/ъио, Вторую собственную частоту с необходимой точностью можно найти из условия, что произведение корней квадратного уравнения равно свободному члену. Отсюда В случае плазмы, заполняющей резонатор, это решение соответствует ленгмюровским колебаниям плазмы, почти не связанным с колебаниями самого резонатора. [c.78]

Нелинейное уравнение, описывающее циклотронные волны конечной амплитуды, получается, как и в случае ленгмюровских колебаний, с помощью решения дисперсионного уравнения 6 (к, со) = О для циклотронных волн со = где К. < 1, и учета нелиней- [c.71]

Пучковые П. н., сопровождающиеся генерацией ленгмюровских колебаний, представляют интерес для плазменной электроники, а в проблеме управляемого термоядерного синтеза используются в методах нагрева плазмы, основанных на инжекции пучков заряженных ч-ц. [c.541]

Впервые наличие колебаний в плазме было установлено в 1906 г. Рэлеем и независимо в 1929 г. И. Ленгмюром, получившим формулу (10.87) для частоты oq (которая поэтому называется ленгмюровской частотой колебаний плазмы). [c.220]

В холодной (Г О) плазме в магн. поле F 0) могут наблюдаться пять ветвей колебаний (рис. 2). В случае распространения волн вдоль магн. иоля (/с li Нц) имеются одна мода продольных волн (ленгмюровские колебания) и четыре моды поперечных эл.-магн. колебаний, существующие в разных диапазонах частот (альвеновская, быстрая магнитозвуковая, обыкновенная и необыкновенная волны). [c.329]

Неравновесные плазменные явления приводят также к тому, что нлазма не только мощно излучает, но и становится турбулентной за счёт того, что определ. типы возбуждаемых волн и колебаний либо задерживаются в плазме долго либо вообще не моГут покинуть плазму напр., ленгмюровские колебания). Это позволяет найти путь для решения проблемы т. н. <4обойдённых элементов в теории происхождения элементов во Вселенной. Наиб, распространённая теория происхождения элементов предполагает, что из исходных протонов и нейтронов элементы образуются путём последоват. захвата нейтронов, а когда новы11 изотоп перегружен нейтронами, то в результате его радиоактивного распада с испусканием электрона и антинейтрино возникает новый элемент. Однако есть обойдённые элементы нанр., дейтерий, литий, бор и т. д.), образование к-рых нельзя объяснить захватом нейтронов их происхождение, возможно, связано с ускорением заряж. частиц в областях с высокой степенью плазменной турбулентности и последующими ядер-ными реакциями ускоренных частиц. [c.470]

Известны т. н. кнудсеновские Н, д., горящие при весьма малых pd, когда длина свободного пробега электронов катодной эмиссии превышает зазор d. Ионизация в кнудсеновских Н, д. также осуществляется в осн. тепловыми электронами, ускоряемыми обычно в коллективных процессах, в частности в алектрич. нолях ленгмюровских колебаний, возбуждаемых за счёт плазменно-пучкового взаимодействия (см. Ллазменно-пучковый разряд). Наиб, изучены Н. д. в парах щелочных металлов и в инертных газах. [c.350]

П. т. т., как и газовая плазма, в среднем электрически нейтральна из-за компенсации зарядов разных знаков вследствие временны-х флуктуаций плотности электрич. заряда в ней возникают плазменные или ленгмюровские колебания электронов, частота к-рых (для предельно длинных волн) определяется ф-лой (см. Воаны в плазме) [c.600]

ПЛАЗМЕННАЯ ЧАСТОТА — частота ленгмюровских колебаний, называемых также плазменными колебаниями и продольными (к II Е) колебаниями пространственного заряда Юр = У4лпе /т , п — плотность, е и — заряд и масса электрона, к — волновой вектор, Е — электрич. поле, вызываемое разделением зарядов. В холодной плазме (Tg = Ti) ленгмюровские колебания не обладают дисперсией, т. в. П. ч. Шр не зависит от длины волны. Подробнее см, в ст. Волны в плазме. ПЛАЗМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА — раздел физики плазмы, изучающий коллективные взаимодействия плотных потоков (пучков) заряж. частиц с плазмой и газом, приводящие к возбуждению в системе линейных и нелинейных эл.-магн. вола и колебаний, и использование эффектов такого взаимодействия. Прикладные задачи, к-рые ставит и решает П. э., определяют её осн, разделы плазменная СВЧ-электроника, изучающая возбуждение в плазме интенсивного когерентного эл.-магн. излучения, начиная от радио-и вплоть до оптич. диапазона длин вола плазменные ускорители, осн. на явлении коллективного ускорения тяжёлых заряж. частиц электронными пучками и волнами в плазме плазменно-пучковый разряд, основанный на коллективном механизме взаимодействия плотных п.уч-кон заряж. частиц с газом турбулентный нагрев плазмы плотными пучками заряж. частиц и коллективные процессы при транспортировке и фокусировке пучков в проблеме УТС (см. Ионный термоядерный синтез) неравновесная плазмохимия, изучающая процессы образования возбуждённых молекул, атомов и ионов при коллективном взаимодействии пучков заряж. частиц с газом и плазмой. [c.606]

Отличия и достоинства П. э. Подобно вакуумной и квантовой электронике П. э. основана на явлении индуцированного (вынужденного) излучения и поглощения эл.-магн. волн заряж. частицами в плазме. Но если вакуумная электроника рассматривает излучение потоков заряж. частиц, движущихся в электродинамич. структурах — металлич, либо диэлектрич. волноводах и резонаторах, то П. э. исследует излучение потоков заряж. частиц, движущихся в плазме, в плазменных волноводах и резонаторах (см. Волновод плазменный). Частота эл.-магн. излучения в вакуумной электронике определяется конечными геом. размерами волноводов и резонаторов, а в квантовой электронике — дискретностью энергетич. уровней излучателей (возбуждённых атомов и молекул) поэтому генераторы когерентного эл.-магн. излучения в вакуумной и в квантовой электронике узкополосны, менять их частоту плавно практически невозможно. В плазменных приборах частота зависит не только от геом. размеров волноводов и резонаторов, но и от п.чотности плазмы, поэтому излучатели в П. э. многомодовые меняя плотность плазмы, можно менять частоты в широком интервале.В этом заключается одно из существ, отличий и преимуществ П. э. Так, напр., частота продольных ленгмюровских колебаний холодной изотропной плаз.мы (в систе.ме ед. СС8Е) Шр = (3-10 Нр) / С", где Пр — плотность плазмы. При изменении реально используе.мой плотности плазмы в пределах (10 °—Ю ) см" можно возбуждать волны длиной X (10" —10 ) см, что перекрывает всю полосу СВЧ от субмиллиметрового и до дециметрового диапазона. При наложении на плазму внеш. магн. поля диапазон частот собств. мод эл.-магн. колебаний плазмы расширяется. [c.607]

ПЛАЗМЕННО-ПУЧКОВЫИ РАЗРЯД — один из ви-дов электрического разряда в газе, в к-ром в межэлектродное пространство вводится ускоренный электронный пучок и плазма разряда разогревается гл. обр, за счёт плазменно-пучковой неустойчивости (см. Пучковая неустойчивость). В результате развития неустойчивости электронный пучок размывается по скоростям с уменьшением ср. энергии электронов в пучке и передачей части первонач. энергии пучка ленгмюровским колебаниям. Затем значит, часть энергии ленгмюров-ских колебаний передаётся тепловым электронам плазмы. Разогрев тепловых электронов происходит за счёт затухания ленгмюровских колебаний при электрон-атоиных и электрон-ионных столкновениях, при рассеянии ленгмюровских колебаний на тепловых электронах с трансформацией ленгмюровских волн в ионнозвуковые, при затухании ленгмюровских колебаний в области уменьшающейся концентрации плазмы и т. д. [c.609]

Доля а энергии пучка, трансформируемая в энергию ленгмюровских колебаний, зависит от первонач. разброса скоростей электронов пучка Да и от длины Ь взаимодействия пучка с плазмой. Наиб, значения а (а 1) реализуются для достаточно размытого пучка Дг/у > (п п)Ча при L > ( iт/Фoв) т/ l)( / i )Л Здесь и X — скорость и концентрация электронов в пучке, Ут и я — средняя скорость и концентрация тепловых электронов, свое 1кн.пе 1т — ленгмюровская частота, Л — кулоновский логарифм. [c.609]

Заметим далее, что интеграл столкновений (61.6), в отличие от обычного интеграла столкновений Больцмана, получен без ис-польлования предположения о медленности изменения во времени функций распределения. Это означает, что его можно использовать для анализа задач, в которых характерный временнбй масштаб может быть малым по сраппению с временем соударения частиц ), т. е., например, меньшим периода электронных ленгмюровских колебаний —Поскольку в то же вpe.vш при получении парной корреляционной функции была опущена начальная корреляционная функция, то следует говорить о во.чмож-пости применения интеграла столкновений (61.6) к задаче установившихся быстропеременных процессов. Б последующих параграфах мы рассмотрим ряд приложений интеграла столкновений [c.282]

Ленгмюровские колебания — простойпшй и наиболее важный тин продольных колебаний. Они возникают нри нарушении квазипейтральности, т. е. нри произвольном смещении электронов относительно ионов, и представляют собой колебания электронов около гораздо более тяжелых ионов. Дисперсионное соотношение для этих колебаний имеет вид [c.19]

Для колебаний с А, < 1) частота ионного звука равна ленгмюровской ионной частоте (Оо = УАле п/пц. По сравнению с обычными ленгмюровскими колебаниями ионы и электроны здесь меняются ролями горячая, с трудом сжимаемая электронная компонента образует неподвижный фон, относительно к-рого колеблются холодные ионы. [c.20]

П.1азменные колебания. Плазма металлов. В электронной плазме металлов могут существовать ленгмюровские колебания [I]. При этих колебаниях на плоский слой электронов плотностью п, смещенный от положения равновесия на расстояние действует возвращающая сила № = е6 = = — р4япе6зс (е — заряд электрона, Е — напряженность-электрич. поля), вызывающая колебания около положения равновесия с плазменной частотой 0) Шр = — 6F,m(>x = = innp lm (т — масса электрона). В металлах 10 с<>к->. [c.24]

Легко видеть, что решением уравнения (5.95) являются широко используемые в СВЧ-электронике [17] волны пространственного заряда медленная ск = и) vQ—u p vo и быстрая ск = и) vo- -u p vo (рис. 5.10). Плазменные колебания в одномерном холодном потоке представляют собой только что рассмотренные ленгмюровские колебания, которые переносятся электронами с дрейфовой скоростью юо, причем г>гр = дш/дк = = г>о- Поэтому волны пространственного заряда часто называют элек-трокинематическими. [c.124]

В гл. 5 мы уже отмечали, что в одномерном холодном потоке электронов ленгмюровские колебания переносятся электронами с дрейфовой скоростью vq, т. е. Vrp = vq. Кроме того, было установлено, что в неподвижной горячей плазме волна переносит энергию со скоростью г>гр 3f r D л/кТе/ше, МНОГО меньшей тепловой. Рассмотрим теперь распространение поперечной плоской волны через ионосферу, состоящую из неподвижных свободных электронов. [c.185]

Система А представляет собой модифицированную систему Захарова, к которой сводятся задачи исследования взаимодействия электронов с акустическими колебаниями решетки (акустический полярон) [46 ], экситонов с фононами [471, ленгмюровских колебаний с ионнозвуковыми [48 ]. Аналоговое решение системы А показывает (рис. 12), [c.234]

Закон дисперсии в рассматриваемом приближении таков, что циклическая частота колебаний о не зависит от волнового вектора и равна постоянной ленгмюровской частоте. Это указывает на аномально сильную дисперсию колебаний электронной плазмы, именно такую, что величина групповой скорости равна нулю, -г. е. колебания в этом случае не распространяются. Созданная электронная макроскопическая неоднородность в плазме не ре-даксирует, как в обычном газе, а вибрирует (не распространяясь) с большой частотой гоо=5-10 с при =10 м ). [c.131]

КОЛЕБАНИЯ [нулевые характеризуют колебания квантового гармонического осциллятора с наименьшей возможной энергией параметрические возбуждаются путем периодического изменения параметров колебательной системы периодические характеризуются повторением через равные промежутки времени значений физических величин, изменяющихся в процессе колебаний нлазмы ленгмюровские вызываются силами электрического поля, которое возникает в электроней-тральной плазме при каком-либо случайном отклонении пространственного распределения электронов от равновесного поляризованные (линейно для колебаний в противофазе или синфазных по кругу (циркулярно) для колебаний с равными амплитудами эллиптически для колебаний с неравными [c.242]

В. в п. в отсутствие магнитного поля. В отсутствие внешних электрич. и магн. полей ( 0 = 0, Яа=0) в изотропной холодной плазме существуют две моды собств. колебаний продольные и поперечные волны. (Диэлектрич, проницаемость плазмы е в отсутствие внеш. полей является скаляром.) Причиной продольных колебаний (J f ), наз. ленгмюров-с к и м и (плазменными колебаниями или волнами пространственного заряда), является электрич, иоле, вызываемое разделением зарядов. Частота этих колебаний не зависит от длины волны, т, е. нет дисперсии этих волн, и равна ленгмюровской частоте 1лектронов lXl = a) ,(,= Здесь п — плотность равновесной [c.328]

Оптические свойства. Для эл.-магн. воли оптпч. диапазона М., как правило, непрозрачны. Характерный блеск — следствие практически полного отражения света поверхностью М., обусловленного тем, что диэлектрическая проницаемость электронного газа 8 при оптич. частотах отрицательна. Диэлектрич. проницаемость М. е = Ей — о) ,/со , где ей — диэлектрич. проницаемость ионного остова, — плазменная (ленгмюровская) частота электронов. Плазменные частоты могут быть экспериментально определены по характеристич. потерям энергии быстрых электронов (с энергией при прохождении через металлич. плёнку. Они теряют энергию на возбуждение плазмонов — квантов колебаний электронной жидкости с частотой ljl (табл. 8), [c.119]

Интересными особенностями обладают Н. я. в п., связанные с фазовой памятью частиц, напр. явление плазменного эха. Суть его состоит в следующем. Возбуждённая в к.-л. точке пространства ленгмюровская волна затухает при распространении вследствие затухания Ландау. В любой точке, где первая волна уже затухла, возбудим на другой частоте другую волну, к-рая также затухнет на определ. расстоянии. После затухания первой и второй волн через определённые пространственные интервалы можно наблюдать вспышки ВЧ-колебаний на комбинац. частотах, это и наз. плазменным эхом. Появление эха можно пояснить на простом примере. Если в точке г — О внеш. источником возбуждается электрич. поле с частотой oi tOj (напр., с шмощью сетки), то это поле модулирует тепловые патоки частиц так, что ф-ция распределения электронов пропорциональна б/i exp[ i ji(i — з/е) . Такое распределение электронов создаёт эле1 трич. поле лишь в районе г = О и нуль во всём остальном пространстве. Если в точке z — d стоит аналогичная сетка, модулирующая потоки частиц с другой частотой (Oj > соо, тогда б/а ехр гсОг[< — (г — d)lv . Здесь также из-за быстрых осцилляций ф-ции распределения поле всюду, кроме z — d. отсутствует. Однако нелинейный отклик ф-ции распределения, который пропорционален б/ -б/з, даёт ненулевое поле в точке Z — —(Oj), т. к. здесь зависимость от скорости [c.317]

Помимо хаотич. теплового движения частицы П. могут участвовать в упорядоченных коллективны.х процессах, из к-рых наиб, характерны продольные колебания пространствейного заряда — ленгмюровские волны. Их угл. частота сОр = лпе /т наз. плазменной частотой (сит— заряд и масса электрона). Многочисленность и разнообраэие коллективных процессов, отличающие плазму от нейтрального газа, обусловлены дальностью кулоновского взаимодействия, благодаря чему П. можно рассматривать как упругую среду, в к-рой легко возбуждаются и распространяются разл. шумы, колебания и волны. Наличие собств. колебаний и волн — Характерное свойство П. [c.595]

При высоких темп-рах и низкой плотности П. можно пренебречь столкновениями частиц с частицами. Однако в случае, когда в П. возбуждены волны к.-л. типа (см. ниже), необходимо учитывать взаимодействие частиц с волнами. При не слишком больших амплитудах колебаний в П, подобные столкновения , как и при далёких пролётах, сопровождаются малыми изменениями импульса частиц и член С(/) сохраняет свой диффузионный вид с тем отличием, что коэф. П определяется интенсивностью волн. Важнейшим результатом кинетич. описания П. является учёт взаимодействия волны с группой т. н. резонансных частиц, скорости к-рых совпадают со скоростью распространения волны. Именно эти частицы наиб, эффективно обмениваются с волной энергией и импульсом. В 1946 Ландау предсказал возможность основанного на таком обмене бесстолкнови-тельного затухания ленгмюровских волн, впоследствии обнаруженного в опытах с П, Ландау затухание). Если в П. направить дополнит, пучок частиц, то подобный обмен может приводить не к затуханию, а к усилению волн. [c.597]

Здесь (й(> 1 3-10 /ij, —- ленгмюровская частота электронов лучка (beam), — плотность, и — скорость пучка, к — волновой вектор, ю — комплексная частота, действнт. часть к-рой представляет частоту возбуждённых продольных колебаний поля, а мнимая часть — инкремент нарастания их амплитуды. [c.607]

Др. важное отличие плазмеввых проводников от конденсированных заключается в том, что большинство плазменных образований существуют при условии, что через них протекает ток. Таковы классич. электрические разряды в газах, плазма в плазменных ускорителях, тока-маках и др. При изменении тока плазменная структура (конфигурация) плавно или скачкообразно изменяется, в ней могут в широком диапазоне частот развиваться колебания (от акустических до ленгмюровских), на электродах возникать привязки и т. п. Около электродов, помещённых в плазму, обычно возникают при-электродные слон, падение потенциала на к-рых может существенно превосходить падение потенциала в осн. части плазменного объёма (найр., в тлеющем разряде). По этой причине для большинства плазменных систем особое значение имеют не дифференциальные, типа (1), а интегральные характеристики П. п. Для стационарных систем это, в первую очередь, волът-амперные характеристики [c.132]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...