Амбиполярная диффузия - Физическая энциклопедия (original) (raw)
амбиполярная диффузия
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 De много больше ионного Di 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 Те и Ti - темп-ры 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.
Лит.: Талант В. E., Жилинский А. П., Сахаров И. E., Основы физики плазмы, M., 1977; Жилинский А. П., Цендин Л. Д., Столкновительная диффузия частично ионизированной плазмы в магнитном поле, "УФН", 1980, т. 131, в. 3, С. 343. А. П. Жилинский.