Ambipolar diffusjon - Ambipolar diffusion

Ambipolar diffusjon er diffusjon av positive og negative arter med motsatt elektrisk ladning på grunn av deres interaksjon via et elektrisk felt . Når det gjelder ioniske krystaller, er strømningene til den diffuserende arten koblet, mens de forskjellige artene i et plasma diffunderer med samme hastighet.

Diffusjon i plasmaer

I plasmafysikk er ambipolar diffusjon nært knyttet til begrepet kvasineutralitet . I de fleste plasmaer er kreftene som virker på ionene forskjellige fra de som virker på elektronene , så naivt ville man forvente at en art skulle transporteres raskere enn den andre, enten ved diffusjon eller konveksjon eller en annen prosess. Hvis en slik differensialtransport har en divergens , resulterer det i en endring av ladetettheten . Sistnevnte vil igjen skape et elektrisk felt som kan endre transporten av en eller begge arter på en slik måte at de blir like.

Det enkleste eksemplet er et plasma lokalisert i et umagnetisert vakuum . (Se Inertial confinement fusion .) Både elektroner og ioner vil strømme utover med deres respektive termiske hastighet . Hvis ionene er relativt kalde, vil deres termiske hastighet være liten. Den termiske hastighet av elektronene vil være rask på grunn av sin høye temperatur og lav masse: . Når elektronene forlater det opprinnelige volumet, vil de etterlate seg en positiv ladetetthet av ioner, noe som vil resultere i et utadrettet elektrisk felt. Dette feltet vil virke på elektronene for å bremse dem ned og på ionene for å øke hastigheten på dem. Nettoresultatet er at både ioner og elektroner strømmer utover med lydhastigheten , som er mye mindre enn elektronens termiske hastighet, men vanligvis mye større enn ionens termiske hastighet.

I astrofysikk refererer "ambipolar diffusjon" spesifikt til frakobling av nøytrale partikler fra plasma, for eksempel i det innledende stadiet av stjernedannelse. De nøytrale partiklene i dette tilfellet er for det meste hydrogenmolekyler i en sky som ville gjennomgå gravitasjonskollaps hvis de ikke var kollisjonskoblet til plasmaet. Plasmaet består av ioner (for det meste protoner ) og elektroner, som er bundet til det interstellare magnetfeltet og motstår derfor kollaps. I en molekylær sky der fraksjonell ionisering er veldig lav (en del per million eller mindre), møter nøytrale partikler bare sjelden ladede partikler, og blir derfor ikke helt hindret i kollapsen (merk at det nå er dynamisk kollaps, ikke fritt fall) til en stjerne .

Referanser

Videre lesning