ДВОЙНО́Й ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ СЛОЙ

ДВОЙНО́Й ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ СЛОЙ в плаз­ме, тон­кий слой, об­ра­зо­ван­ный дву­мя про­ст­ран­ст­вен­но раз­де­лён­ны­ми слоя­ми элект­рич. за­ря­дов раз­но­го зна­ка. Д. э. с. в плаз­ме яв­ля­ет­ся об­ла­стью с силь­но на­ру­шен­ной ква­зи­нейт­раль­но­стью плаз­мы; тол­щи­на его со­став­ля­ет неск. де­ба­ев­ских ра­диу­сов эк­ра­ни­ро­ва­ния. Су­ще­ст­ву­ет неск. ме­ха­низ­мов об­ра­зо­ва­ния Д. э. с. в плаз­ме: столк­но­ве­ние двух плазм с раз­ны­ми па­ра­мет­ра­ми (плот­ность, темп-ра), раз­ви­тие то­ко­вой не­ус­той­чи­во­сти (не­ус­той­чи­во­сти Бу­не­ма­на) и др.

Час­ти­ца с за­ря­дом $e$ при про­лё­те че­рез Д. э. с. с раз­но­стью по­тен­циа­лов $\Delta \varphi$ на­би­ра­ет энер­гию $E=e \Delta \varphi$, ко­то­рая в силь­ных по­лях мо­жет во мно­го раз пре­вы­шать ср. ки­не­тич. энер­гию (темп-ру) час­тиц плаз­мы. 

Для су­ще­ст­во­ва­ния ста­цио­нар­но­го Д. э. с. в бес­столк­но­ви­тель­ной плаз­ме тре­бу­ет­ся вы­пол­не­ние ус­ло­вий Лен­гмю­ра и Бо­ма. Ус­ло­вие Лен­гмю­ра есть след­ст­вие ба­лан­са по­то­ков им­пуль­са элек­тро­нов и ио­нов, про­ле­таю­щих че­рез Д. э. с., и при $e \Delta \varphi \gg T_e$, $T_i$ ($T_e$, $T_i$ – элек­трон­ная и ион­ная темп-ры) оно оп­ре­де­ля­ет не­об­хо­ди­мое от­но­ше­ние элек­трич. то­ков элек­тро­нов $j_e$ и ио­нов $j_i$ че­рез Д. э. с. Те­п­ло­вое дви­же­ние час­тиц, пре­пят­ст­вую­щее раз­де­ле­нию за­ря­дов, не мо­жет по­ме­шать фор­ми­ро­ва­нию Д. э. с., ес­ли вы­пол­не­но ус­ло­вие Бо­ма: $m_ev^2 \geq T_e+T_i$, где $m_e$ – мас­са элек­тро­на, $v=j_e/en$– ско­рость дрей­фа элек­тро­нов, пе­ре­но­ся­щих ток ($n$ – плот­ность плаз­мы). Но при этом ус­ло­вии по­яв­ля­ет­ся рас­кач­ка свя­зан­ных друг с дру­гом ко­ле­ба­ний плот­но­сти за­ря­да элек­трон­ной и ион­ной ком­по­нент плаз­мы (не­ус­той­чи­вость), ко­то­рая мо­жет при­вес­ти к раз­ру­ше­нию Д. э. с. За­ря­жен­ные час­ти­цы, ус­ко­рен­ные в силь­ных Д. э. с., об­ра­зу­ют в при­ле­гаю­щей плаз­ме элек­трон­ный и ион­ный пуч­ки. При этом воз­мож­но раз­ви­тие разл. пуч­ко­вых не­ус­той­чи­во­стей и про­ис­хо­дит ге­не­ра­ция плаз­мен­ных ко­ле­ба­ний, в ча­ст­но­сти лен­гмю­ров­ских.

При на­ру­ше­нии ус­ло­вия Бо­ма в не­изо­тер­мич. плаз­ме $(T_e>T_i)$ с то­ком мо­гут об­ра­зо­вы­вать­ся ко­рот­ко­жи­ву­щие сла­бые Д. э. с. с та­ким $\Delta \varphi$, что $e \Delta \varphi \leq 2T_e$. Ха­рак­тер­ное вре­мя этих ди­на­мич. об­ра­зо­ва­ний по­ряд­ка $\omega_p^{-1}$  ($\omega_p$ – плаз­мен­ная час­то­та); их су­ще­ст­вен­ной струк­тур­ной осо­бен­но­стью яв­ля­ет­ся на­ли­чие от­ри­ца­тель­но­го по­тен­циа­ла (т. н. вир­ту­аль­но­го ка­то­да) не­по­сред­ст­вен­но пе­ред скач­ком по­тен­циа­ла в Д. э. с. При этом часть элек­тро­нов, пе­ре­но­ся­щих ток че­рез Д. э. с., от­ра­жа­ет­ся от это­го по­тен­ци­аль­но­го барь­е­ра.

Об­мен им­пуль­сом ме­ж­ду элек­тро­на­ми и ио­на­ми при на­ли­чии мно­гих Д. э. с. час­то рас­смат­ри­ва­ет­ся как ме­ха­низм тре­ния элек­тро­нов об ио­ны, объ­яс­няю­щий ано­маль­ное со­про­тив­ле­ние сла­бо­столк­но­ви­тель­ной плаз­мы. Та­кие мно­же­ст­вен­ные сла­бые Д. э. с. ре­гу­ляр­но ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся при­бо­ра­ми на ИСЗ в по­ляр­ной об­лас­ти ио­но­сфер­ной плаз­мы. В ав­ро­раль­ной об­лас­ти ио­но­сфе­ры на­блю­да­ют­ся бо­лее круп­но­мас­штаб­ные струк­ту­ры, про­тя­жён­ность ко­то­рых дос­ти­га­ет де­сят­ков и со­тен ки­ло­мет­ров вдоль гео­маг­нит­но­го по­ля и 1–10 км по­пе­рёк. Су­ще­ст­вую­щее в этих струк­ту­рах элек­трич. по­ле дос­ти­га­ет 1 В/м в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии и ус­ко­ря­ет элек­тро­ны до энер­гии по­ряд­ка де­сят­ка кэВ в про­доль­ном на­прав­ле­нии. Счи­та­ет­ся, что дис­крет­ные ду­ги по­ляр­ных сия­ний обу­слов­ле­ны втор­же­ни­ем этих ус­ко­рен­ных элек­тро­нов в ниж­ние слои ио­но­сфе­ры.