Диффу́зия в пла́зме — комплекс явлений, заключающихся в самопроизвольном направленном движении частиц плазмы при наличии неоднородного распределения их концентрации . Является частным случаем .

Общие положения

Диффузия частиц в плазме характеризуется так называемым коэффициентом диффузии ${\displaystyle D}$ — коэффициентом пропорциональности между потоком частиц (произведением концентрации частиц на их среднюю скорость направленного движения) через единичную площадку в единицу времени и градиентом концентрации частиц в направлении, перпендикулярном выбранной площадке:

${\displaystyle \Gamma =-D{\frac {\partial n}{\partial x}}}$

Амбиполярная диффузия

Если плазма изотропна и слабо ионизирована, электроны в силу их более высокой подвижности диффундируют быстрее, чем ионы , в результате чего возникает квазистатическое электрическое поле разделения зарядов, которое приводит к снижению скорости диффузии электронов и увеличению скорости диффузии ионов , так что их скорости диффузии сравниваются. Этот процесс диффузии, при котором сохраняется плазмы, носит название амбиполярной диффузии . Коэффициент амбиполярной диффузии имеет вид:

${\displaystyle D_{A}={\frac {2}{3}}{\frac {v_{Ti}^{2}}{\nu _{im}}}}$

где ${\displaystyle v_{Ti}}$ — тепловая скорость ионов, ${\displaystyle \nu _{im}}$ — ионов с нейтральными частицами.

Диффузия поперёк магнитного поля

В нейтральном газе и слабоионизированной изотропной плазме препятствием на пути диффузии являются столкновения частиц между собой. В магнитоактивной плазме столкновения в некоторых случаях могут способствовать ускоренной диффузии. Внешнее магнитное поле ограничивает движение заряженных частиц в поперечном направлении, заставляя их двигаться по винтовым траекториям. В этом случае наличие столкновений — единственная возможность для частиц сместится поперёк магнитного поля. При наличии поперечного градиента концентрации наблюдается диффузия с коэффициентом диффузии равным

${\displaystyle D_{\perp }={\frac {1}{3}}{\frac {v_{Te}^{2}\nu _{em}}{\omega _{ce}^{2}}}}$

где ${\displaystyle \omega _{ce}}$ — электронная циклотронная частота , ${\displaystyle v_{Te}}$ — тепловая скорость электронов , ${\displaystyle \nu _{em}}$ — частота столкновений электронов с нейтральными атомами. Поскольку циклотронная частота пропорциональная величине магнитного поля B , коэффициент диффузии обратно пропорционален квадрату магнитной индукции . Однако в экспериментах наблюдается более слабое спадание скорости диффузии при увеличении магнитного поля. Диффузия, скорость которой обратно пропорциональна первой степени магнитной индукции, называется бомовской . Её коэффициент диффузии приблизительно равен

${\displaystyle D_{B}={\frac {cT_{e}}{16eB}}}$

где c , e — скорость света и элементарный заряд соответственно. Это выражение было получено в 1949 году Дэвидом Бомом из эмпирических данных. Бомвская диффузия связана с развитием в плазме и, как следствие, .

Литература

• — статья из Физической энциклопедии
• Н. Кролл, А. Трайвелпис. § 14. Классическая и бомовская диффузия // = Principles of Plasma Physics / А. М. Дыхне. — М. : Мир, 1975. — С. —28. — 525 с.
• В. Е. Голлант, А. П. Жилинский, С. А. Сахаров. Основы физики плазмы. — М. : Атомиздат , 1977. — С. 268—306. — 384 с. — 6200 экз.
• Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб. : , 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1 .