Амбиполярная диффузия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Амбиполярная диффузия (от лат. ambo - оба и греч. polos - ось, полюс) - совместный диффузионный перенос электронов и ионов в направлении уменьшения их концентрации, при к-ром в каждой точке объёма плазмы электронный и ионный потоки

равны или могут отличаться лишь на одну и ту же пост. величину:

(r₀=const, т. н. сквозной поток). Простейший случай А. д. слабоионизованной плазмы (в к-рой столкновения заряж. частиц несущественны) в цилиндрич. трубке в отсутствие магн. поля был рассмотрен нем. физиком В. Шоттки (W. Schottky, 1924). Вследствие различия коэф. диффузии электронов и ионов компоненты всегда стремятся разделиться во всём объёме и на стенке возникает объёмный заряд. В отсутствие магн. поля коэф. диффузии электронов D_e много больше ионного D_i и стенки заряжаются отрицательно. Однако уже слабое разделение зарядов приводит к появлению электрич. поля (т. н. самосогласованного амбиполярного поля), препятствующего дальнейшему разделению. Самосогласованное электрич. поле запирает электроны и ускоряет ионы таким образом, чтобы их диффузионные потоки были равны. Коэф. А. д. определяется коэф. диффузии более медленной компоненты. В отсутствие магн. поля или вдоль магн. поля (ири его наличии) коэф. А. д.

, как показывает расчёт, примерно равен

где Т_е и T_i - температуры электронной и ионной компонент. Второй член в этой формуле - результат ускорения переноса ионов амбиполярным полем вследствие их полевой подвижности. Т. о., А. д.- смесь истинно диффузного потока с полевыми потоками. В случае диффузии поперёк магн. поля для слабоионизов. плазмы коэф. диффузии ионов

значительно больше коэф. диффузии электронов

и коэфф. А. д.

определяется диффузией электронов:

В полностью ионизованной плазме классич. поперечная диффузия электронов и ионов в двухкомпонентной плазме определяется их трением между собой, что автоматически обеспечивает равенство потоков (т.е.

. Диффузия плазмы редко бывает амбиполярной, в большинстве случаев возникают отклонения из-за пространств. анизотропии коэф. переноса для каждой из компонент, т. к. для сохранения квазинейтральности элементов объёма плазмы необходимо лишь равенство дивергенции потоков:

Напр., в случае диффузии слабоиони-зов. плазмы в замкнутой металлич. камере (l - длина, а - радиус), помещённой в сильное однородное магн. поле H (рис.), выполняется условие

. При конечной длине камеры подвижные вдоль магн. поля H электроны стремятся уйти на торцевые стенки сосуда. Ионы имеют больший, чем электроны, поперечный коэф. диффузии и сравнительно легко попадают на боковую стенку прибора. В результате в объёме плазмы всё время возникает вихревой электрич. ток I. Он легко замыкается по металлич. поверхности камеры.

Диффузия перестаёт быть амбиполярной, скорость её определяется большими коэф.

. Аналогичный эффект может иметь место в безграничной плазме в процессе расплывания её неоднородностей. При этом роль поверхности играет осн. "фоновая" плазма. Эти явления часто наз. эффектами "короткого замыкания". Они могут существенно уменьшать время жизни плазмы и изменять динамику возмущений в ней.

А. д. имеет место также в жидкостях (электролитах), при наличии градиента концентрации электролита, в полупроводниках, обладающих свободными носителями зарядов. А. д. является одним из процессов, обусловливающих энергетич. потери в электрич. зарядах в газе, напр. в тлеющем разряде.

Литература по амбиполярной диффузии

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.