ИОНИЗАЦИО́ННЫЕ ВО́ЛНЫ

ИОНИЗАЦИО́ННЫЕ ВО́ЛНЫ, об­лас­ти повы­шен­ной кон­цен­тра­ции за­ря­жен­ных час­тиц, от­де­лён­ные от сла­бо­ио­ни­зо­ван­ной или не­ио­ни­зо­ван­ной сре­ды уз­кой по­верх­но­стью раз­де­ла – фрон­том вол­ны. Фронт И. в. пред­став­ля­ет со­бой пе­ре­ход­ную об­ласть, в пре­де­лах ко­то­рой про­исхо­дит рез­кое из­ме­не­ние кон­цен­тра­ции за­ря­жен­ных час­тиц. Струк­ту­ра фрон­та И. в. оп­ре­де­ля­ет­ся про­цес­са­ми под­во­да энер­гии, ио­ни­за­ции и пе­ре­но­са час­тиц. И. в. мо­гут быть еди­нич­ны­ми и пе­рио­ди­че­ски­ми (т. н. стра­ты), ста­цио­нар­ны­ми и дви­жу­щи­ми­ся. И. в. на­блю­да­ют­ся в га­зе, на по­верх­но­сти жид­ко­сти и твёр­до­го те­ла. При элек­трич. про­бое кон­ден­си­ро­ван­ных сред обыч­но сна­ча­ла про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние га­зо­вой по­лос­ти, в ко­то­рой за­тем рас­про­стра­ня­ет­ся вол­на ио­ни­за­ции. На по­верх­но­сти ди­элек­три­ка мо­гут воз­ни­кать И. в., дви­жу­щие­ся в элек­трич. по­ле по его по­верх­но­сти (см. Сколь­зя­щий раз­ряд).

Воз­ник­но­ве­ние и рас­про­стра­не­ние И. в. свя­за­ны не с пе­ре­ме­ще­ни­ем ве­ще­ст­ва, а с пе­ре­ме­ще­ни­ем об­лас­ти ин­тен­сив­ной ио­ни­за­ции. Ло­каль­ное воз­му­ще­ние плот­но­сти ио­нов или элек­тро­нов в И. в. ве­дёт к воз­ник­но­ве­нию про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да и по­яв­ле­нию ло­каль­но­го элек­трич. по­ля, ме­няю­ще­го, в свою оче­редь, сред­нюю энер­гию элек­тро­нов, ско­рость ио­ни­за­ции и кон­цен­тра­цию за­ря­жен­ных час­тиц. Все эти про­цес­сы при­во­дят к рас­про­стра­не­нию воз­му­ще­ния, при­чём воз­мож­но че­ре­до­ва­ние по­ло­жи­тель­ных и от­ри­ца­тель­ных от­кло­не­ний плот­но­сти электро­нов и др. па­ра­мет­ров плаз­мы от од­но­род­но­го со­стоя­ния.

По ха­рак­те­ру фи­зич. яв­ле­ний в пе­реход­ной об­лас­ти и ме­ха­низ­му пе­ре­ме­ще­ния И. в. во мно­гих слу­ча­ях близ­ки к вол­нам го­ре­ния (и в ис­клю­чи­тель­ных слу­ча­ях – де­то­на­ции) и от­ли­ча­ют­ся от них ме­ха­низ­мом под­во­да не­об­хо­ди­мой для ио­ни­за­ции энер­гии. В вол­нах го­ре­ния ис­точ­ни­ком энер­гии яв­ля­ет­ся энер­гия хи­мич. ре­ак­ции, иду­щая в осн. на на­грев га­за. В И. в. энер­гия под­во­дит­ся из­вне и тра­тит­ся на на­грев и ио­ни­за­цию га­за, а раз­го­на сре­ды обыч­но не про­ис­хо­дит.

Спо­со­бы под­во­да энер­гии очень раз­но­об­раз­ны: не­по­сред­ст­вен­ное ус­ко­ре­ние элек­тро­нов внеш­ним элек­трич. по­лем до энер­гий, дос­та­точ­ных для удар­ной ио­ни­за­ции; ла­зер­ное или др. ио­ни­зи­рую­щее из­лу­че­ние и пр. Раз­лич­ны и ме­ха­низ­мы пе­ре­ме­ще­ния фрон­та ио­ни­за­ции: дрейф в элек­трич. по­ле, диф­фу­зия, пе­ре­нос из­лу­че­ния и т. п. Ки­не­ти­ка про­цес­сов ио­ни­за­ции и ре­ком­би­на­ции и ха­рак­тер пе­ре­но­са весь­ма раз­но­об­раз­ны в за­ви­си­мо­сти от ро­да га­за, внеш­них элек­трич. и маг­нит­ных по­лей и гра­ниц сис­те­мы. От­сю­да вы­те­ка­ет и раз­но­об­ра­зие ти­пов И. в., их свойств, ско­ро­стей и на­прав­ле­ний их дви­же­ния. Су­ще­ст­ву­ют И. в. с фа­зо­вой ско­ро­стью, на­прав­лен­ной про­ти­во­по­лож­но груп­по­вой (т. н. об­рат­ные вол­ны); пря­мые И. в. с фа­зо­вой ско­ро­стью, боль­шей или мень­шей, чем груп­по­вая; И. в., на­прав­лен­ные в сто­ро­ну элек­трич. по­ля и про­тив не­го. Пе­рио­ди­че­ские И. в. (стра­ты) на­блю­да­ют­ся в плаз­ме раз­но­го со­ста­ва при дав­ле­ни­ях от 10^–2 мм рт. ст. до де­сят­ков ат­мо­сфер (1–10⁶ Па). Ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния И. в. так­же мо­гут ме­нять­ся от ну­ле­вой (стоя­чие стра­ты) до ско­ро­стей, близ­ких к ско­ро­сти све­та.

На­ря­ду с И. в., дви­жу­щи­ми­ся по хо­лод­но­му га­зу, су­ще­ст­ву­ют т. н. вол­ны вто­рич­но­го про­боя, рас­про­стра­няю­щие­ся по ка­на­лу сла­бо­ио­ни­зо­ван­но­го га­за. Та­кие вол­ны воз­ни­ка­ют при элек­трич. про­бое га­зо­вых про­ме­жут­ков, воз­врат­ном уда­ре мол­нии и в экс­пе­ри­мен­тах по на­но­се­кунд­но­му про­бою га­за в длин­ных труб­ках. Пе­ре­ме­ще­ние волн вто­рич­но­го про­боя свя­за­но с пе­ре­рас­пре­де­ле­ни­ем элек­трич. по­ля, обес­пе­чи­ваю­ще­го ио­ни­за­цию. Во фрон­те ио­ни­за­ции та­ких волн кон­цен­тра­ция за­ря­жен­ных час­тиц мо­жет воз­рас­тать на по­ряд­ки. Ско­рость волн вто­рич­но­го про­боя об­рат­но про­пор­цио­наль­на дав­ле­нию и мо­жет быть близ­ка к ско­ро­сти све­та.

На ха­рак­тер пе­ре­ме­ще­ния И. в. мо­жет вли­ять маг­нит­ное по­ле, ме­няя ко­эф. пе­ре­но­са. Так, напр., в за­маг­ни­чен­ной не­рав­но­вес­ной плаз­ме бла­го­род­ных га­зов с до­бав­кой (при­сад­кой) ще­лоч­ных ме­тал­лов при раз­ви­тии ио­ни­за­ци­он­ной не­ус­той­чи­во­сти воз­ни­ка­ют т. н. маг­нит­ные стра­ты, при­ро­да ко­то­рых свя­за­на с ани­зо­тро­пи­ей про­те­ка­ния элек­трич. то­ка, флук­туа­ций джо­уле­ва те­п­ло­вы­де­ле­ния, пе­ре­но­са те­п­ло­ты и про­цес­сов ио­ни­за­ции. В та­кой плаз­ме в маг­нит­ном по­ле на­ря­ду с И. в., дви­жу­щи­ми­ся по хо­лод­но­му га­зу, мо­гут су­ще­ст­во­вать так­же вол­ны ио­ни­за­ции и ре­ком­би­на­ции при­сад­ки.