- Ионно-звуковые волны
-
Ио́нно-звуковы́е во́лны (также просто ионный звук) — продольные квазиэлектростатические волны в плазме, связанные с колебанием ионов. Могут возбуждаться в однородной изотропной плазме, в которой температура электронов значительно выше, чем температура ионов.
Существование ионно-звуковых волн возможно только при выполнении условия
где
,
— тепловые скорости ионов и электронов соответственно,
,
— частота и волновое число волны. Таким образом, фазовая скорость ионно-звуковой волны
должна быть значительно выше, чем тепловая скорость ионов, но значительно ниже, чем тепловая скорость электронов.
В этом случае дисперсионное соотношение для ионно-звуковых волн имеет вид
где
— скорость ионного звука (здесь
— температура электронов,
— масса ионов);
— дебаевский радиус электронов (здесь e — элементарный заряд,
— невозмущённая концентрация электронов)
В случае больших длин волн, для которых
, дисперсионное соотношение принимает вид линейной зависимости
, характерной для звуковых волн. В случае же коротких длин волн, для которых справедливо обратное соотношение
, фазовая скорость ионно-звуковых волн стремится к нулю, а их частота стремится к плазменной ионной частоте
Таким образом, происходит вырождение волн в колебания плазмы.
В случае, если температуры электронов и ионов отличаются слабо, фазовая скорость ионно-звуковых волн близка к тепловой скорости ионов, что приводит к сильному бесстолкновительному затуханию волн и передачи их энергии частицам плазмы.
При увеличении амплитуды ионно-звуковых волн начинают сказываться нелинейные эффекты, которые приводят к укручения фронта волны. Однако дисперсия препятствует укурчению и, в конечном итоге, может приводить к существованию особого класса нелинейных ионно-звуковых волн — так называемых ионно-звуковых солитонов, представляющих собой устойчивые уединённые возмущения ионной плотности, распространяющейся в пространстве.
Литература
- 4.1.3. Ионно-звуковые колебания // Электродинамика плазмы / А. И. Ахиезер. — 2-е изд., перераб.. — М.: Наука, 1974. — С. 152—154. — 720 с. — 5000 экз.
Категория:- Волны в плазме
Wikimedia Foundation. 2010.