Dyfuzja ambipolarna
Dyfuzja ambipolarna (ambipolarna: odnosząca się do elektronów i jonów dodatnich poruszających się w przeciwnych kierunkach lub składająca się z nich) to dyfuzja cząstek dodatnich i ujemnych o przeciwnych ładunkach elektrycznych w wyniku ich interakcji za pośrednictwem pola elektrycznego . W przypadku kryształów jonowych strumienie cząstek dyfundujących są sprzężone, podczas gdy w plazmie różne gatunki dyfundują z tą samą szybkością.
Dyfuzja w osoczu
W fizyce plazmy dyfuzja ambipolarna jest ściśle związana z koncepcją quasineutralności . W większości plazm , siły działające na jony różnią się od sił działających na elektrony , więc naiwnie można by oczekiwać, że jeden gatunek będzie transportowany szybciej niż drugi, czy to przez dyfuzję , konwekcję , czy jakiś inny proces. Jeśli taki transport różnicowy ma rozbieżność , to powoduje zmianę gęstości ładunku . Ten ostatni z kolei stworzy pole elektryczne, które może zmienić transport jednego lub obu gatunków w taki sposób, że stają się równe.
Najprostszym przykładem jest plazma zlokalizowana w nienamagnesowanej próżni . (Patrz Fuzja w uwięzieniu bezwładnościowym .) Zarówno elektrony, jak i jony będą płynąć na zewnątrz z odpowiednią prędkością termiczną . Jeśli jony są stosunkowo zimne, ich prędkość termiczna będzie niewielka. Prędkość termiczna elektronów będzie duża ze względu na ich wysoką temperaturę i małą masę: . Gdy elektrony opuszczają początkową objętość, pozostawiają dodatnią gęstość ładunku jonów, co skutkuje polem elektrycznym skierowanym na zewnątrz. To pole będzie działać na elektrony, aby je spowolnić, i na jony, aby je przyspieszyć. Wynik netto jest taki, że zarówno jony, jak i elektrony wypływają na zewnątrz z prędkością dźwięku , , która jest znacznie mniejsza niż prędkość termiczna elektronów, ale zwykle znacznie większa niż prędkość termiczna jonów.
W astrofizyce „dyfuzja ambipolarna” odnosi się w szczególności do oddzielania neutralnych cząstek od plazmy, na przykład w początkowej fazie formowania się gwiazd. Neutralne cząstki w tym przypadku to głównie wodoru w chmurze, które uległyby kolapsowi grawitacyjnemu , gdyby nie zostały kolizyjnie sprzężone z plazmą. Plazma składa się z jonów (głównie protonów ) i elektronów, które są związane z międzygwiazdowym polem magnetycznym i dlatego są odporne na zapadanie się. W obłoku molekularnym , w którym frakcjonowana jonizacja jest bardzo niska (jedna część na milion lub mniej), neutralne cząstki rzadko napotykają cząstki naładowane, więc nie są całkowicie utrudnione w ich zapadaniu się (zauważ, że teraz jest to dynamiczne zapadanie się, a nie swobodny spadek) do gwiazda . _
Dalsza lektura
- Matematyczna analiza dyfuzji ambipolarnej - martwy link