等离子体中的粒子碰撞

等离子体中的粒子碰撞，等离子体中含有带电粒子（电子、离子）和中性粒子（原子、分子）。

等离子体中的粒子碰撞详细介绍

等离子体中的粒子碰撞，等离子体中含有带电粒子（电子、离子）和中性粒子（原子、分子）。

中性粒子之间的碰撞可参见分子运动论，带电粒子与中性粒子之间的碰撞接近中性粒子之间的碰撞。这里仅限于讨论带电粒子之间的碰撞。带电粒子之间可以产生近距离的碰撞，这种碰撞只是一个粒子和另一个粒子相碰，一次碰撞的结果是至少有一个粒子的速度有明显的偏转。除近碰撞外，带电粒子之间还存在远距离的碰撞。由于粒子之间的库仑作用力是长程力，它的作用范围一直延伸到以德拜长度为半径的德拜球，德拜长度比起粒子间的近距离碰撞参量来是一个很长的距离，在这种远距离的弱相互作用下的碰撞就是远碰撞，它造成粒子速度的微小偏转，当这些微小偏转累积起来，使偏转达到90°，就相当于一次碰撞。在等离子体中，带电粒子间的远碰撞作用一般说来远大于近碰撞，前者比后者大8lnΛ倍左右，lnΛ称为库仑对数，lnΛ≈10，所以，碰撞频率主要是由远碰撞决定。用表示a类粒子碰b类粒子的碰撞时间，等离子体中带电粒子之间的碰撞时间有4种：、、、，分别表示电子碰电子、电子碰离子、离子碰离子及离子碰电子的碰撞时间。对于热平衡的等离子体，严格的计算得到（假设离子是一次电离），式中me、mi、Te、Ti分别是电子和离子的质量和温度，n是电子或离子密度，e是电子电荷，Te、Ti以尔格为单位，其他各物理量都是用高斯单位。它们之间的相对大小是碰撞频率v=1/τ，所以4种碰撞频率的相对大小是，当Te≈Ti时，有关系=。带电粒子之间碰撞的一个特点是：碰撞频率v与T3/2（当Ti=Te=T时）成反比，T越高，v越小。这和气体分子之间的碰撞性质完全不同。