Ambipolární difúze - Ambipolar diffusion

Ambipolární difúze je difúze pozitivních a negativních druhů s opačným elektrickým nábojem v důsledku jejich interakce prostřednictvím elektrického pole . V případě iontových krystalů jsou toky difúzních druhů spojeny, zatímco v plazmě různé druhy difundují stejnou rychlostí.

Difúze v plazmě

Ve fyzice plazmatu je ambipolární difúze úzce spjata s konceptem kvazineutrality . Ve většině plazmat se síly působící na ionty liší od sil působících na elektrony , takže naivně lze očekávat, že jeden druh bude transportován rychleji než druhý, ať už difúzí nebo konvekcí nebo jiným procesem. Pokud má takový diferenciální transport divergenci , vede to ke změně hustoty náboje . Ten zase vytvoří elektrické pole, které může změnit transport jednoho nebo obou druhů takovým způsobem, že se stanou rovnocennými.

Nejjednodušším příkladem je plazma lokalizovaná v nemagnetizovaném vakuu . (Viz fúze setrvačné izolace .) Jak elektrony, tak ionty budou proudit ven s příslušnou tepelnou rychlostí . Pokud jsou ionty relativně studené, bude jejich tepelná rychlost malá. Tepelná rychlost elektronů bude rychle v důsledku jejich vysoké teploty a nízkou hmotností: . Když elektrony opustí počáteční objem, zanechají za sebou hustotu kladného náboje iontů, což bude mít za následek navenek směrované elektrické pole. Toto pole bude působit na elektrony, aby je zpomalily, a na ionty, aby je zrychlily. Výsledkem je, že oba ionty a elektrony proudí směrem ven v rychlosti zvuku , , který je mnohem menší, než je teplota rychlost elektronu, ale obvykle mnohem větší, než je teplota rychlost iontů.

V astrofyzice „ambipolární difúze“ odkazuje konkrétně na oddělení neutrálních částic od plazmy, například v počátečním stádiu tvorby hvězd. Neutrální částice jsou v tomto případě většinou molekuly vodíku v oblaku, který by prošel gravitačním zhroucením, pokud by nebyly kolizně spojeny s plazmou. Plazma se skládá z iontů (většinou protonů ) a elektronů, které jsou vázány na mezihvězdné magnetické pole, a proto odolávají kolapsu. V molekulárním mračnu, kde je frakční ionizace velmi nízká (jedna část na milion nebo méně), se neutrální částice setkávají s nabitými částicemi jen zřídka, a proto jim jejich zhroucení zcela nebrání (všimněte si, že nyní dochází k dynamickému zhroucení, nikoli volnému pádu) do hvězda .

Reference

Další čtení