НЕИДЕА́ЛЬНАЯ ПЛА́ЗМА

НЕИДЕА́ЛЬНАЯ ПЛА́ЗМА, плаз­ма, в ко­то­рой ср. по­тен­ци­аль­ная энер­гия взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц со­пос­та­ви­ма с их ср. ки­не­тич. энер­ги­ей или пре­вы­ша­ет её. Н. п. яв­ля­ет­ся вы­ро­ж­ден­ная плаз­ма бе­лых кар­ли­ков, плаз­ма маг­ни­то­сфер пуль­са­ров, ней­трон­ных звёзд, глу­бин­ных сло­ёв Солн­ца и пла­нет-ги­ган­тов, элек­трон­ный газ в ме­тал­лах.

Не­иде­аль­ность плаз­мы и её иде­аль­ность (см. Иде­аль­ная плаз­ма) ха­рак­тери­зу­ют­ся па­ра­мет­ром не­иде­аль­но­сти (иде­аль­но­сти), рав­ным от­но­ше­нию ср. энер­гии взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц плаз­мы к ки­не­тич. энер­гии их по­сту­пат. дви­же­ния. Для од­но­крат­но ио­ни­зо­ван­ной плаз­мы, час­ти­цы ко­то­рой взаи­мо­дей­ст­ву­ют по за­ко­ну Ку­ло­на, па­ра­метр не­иде­аль­но­сти име­ет вид: $γ=e^2/r_ekT∼e^2n_e^{1/3}/kT$ [здесь $e$ – за­ряд элек­тро­на, $k$ – по­сто­ян­ная Больц­ма­на, $T$ – аб­со­лют­ная темп-ра, $n_e$ – ср. чис­ло элек­тро­нов в еди­ни­це объ­ё­ма, $r_e= (4πn_e/3)^{–1/3}$ – ср. рас­стоя­ние меж­ду час­ти­ца­ми]. Плаз­ма счи­та­ет­ся сла­бо не­иде­аль­ной при $γ≈1$ и силь­но не­иде­аль­ной при $γ≫1$. Ес­ли в плаз­ме при­сут­ству­ют мно­го­за­ряд­ные ио­ны или мно­го­крат­но за­ря­жен­ные мак­ро­час­ти­цы с за­ря­дом $Z$, па­ра­метр не­иде­аль­но­сти воз­рас­та­ет в $Z^2+$ раз. Даль­но­дей­ст­вую­щее ку­ло­нов­ское взаи­мо­дей­ст­вие при­во­дит за счёт кол­лек­тив­ных эф­фек­тов к эк­ра­ни­ров­ке по­ля за­ря­дов на рас­стоя­ни­ях, пре­вы­шаю­щих ра­ди­ус Де­бая $r_{\text D}∼(kT/n_ee^2)^{1/2}$. Вме­сто $γ$ мож­но ис­поль­зо­вать плаз­мен­ный, или де­ба­ев­ский, па­ра­метр не­иде­аль­но­сти $μ=e^2/kTr_{\text D}=1/3N_{\text D}$ ($N_{\text D}$ – чис­ло элек­тро­нов в де­ба­ев­ской сфе­ре). Плаз­ма ста­но­вит­ся не­иде­аль­ной, ко­гда чис­ло час­тиц в сфе­ре Де­бая малó и на­ру­ша­ет­ся ус­ло­вие при­ме­ни­мо­сти де­ба­ев­ско­го при­бли­же­ния: $N_{\text D}≫1$.

Свой­ст­ва Н. п. су­ще­ст­вен­но от­ли­ча­ют­ся от свойств иде­аль­ной плаз­мы. В Н. п. ку­ло­нов­ское взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду за­ря­жен­ны­ми час­ти­ца­ми и взаи­мо­дей­ст­вие ио­нов с ато­ма­ми умень­ша­ют по­тен­ци­ал ио­ни­за­ции $I$, а взаи­мо­дей­ст­вие элек­тронов с ато­ма­ми мо­жет при­во­дить как к умень­ше­нию, так и к рос­ту $I$ в за­ви­си­мо­сти от дли­ны рас­сея­ния. Эти эф­фек­ты от­вет­ст­вен­ны за ано­маль­но вы­со­кую про­во­ди­мость па­ров ще­лоч­ных ме­тал­лов и рту­ти, а так­же при­во­дят к фа­зо­во­му пе­ре­хо­ду ди­элек­трик – про­вод­ник в жид­ких ди­элек­три­ках при экс­тре­маль­но вы­со­ких дав­ле­ни­ях и тем­пе­ра­ту­рах. Оп­тич. свой­ст­ва плаз­мы за­ви­сят от сте­пе­ни её не­иде­аль­но­сти. Сла­бая не­иде­аль­ность про­яв­ля­ет­ся в сдви­ге и уши­ре­нии спек­траль­ных ли­ний и сме­ще­нии по­ро­гов фо­то­ио­ни­за­ции. С рос­том плот­но­сти плаз­мы её оп­тич. про­зрач­ность умень­ша­ет­ся. За счёт сдви­га по­тен­циа­ла ио­ни­за­ции умень­ша­ет­ся ши­ри­на за­пре­щён­ной зо­ны энер­ге­тич. спек­тра, дис­крет­ный спектр за­ме­ня­ет­ся сплош­ным, в об­лас­тях преж­ней про­зрач­но­сти воз­ни­ка­ет ши­ро­кая по­ло­са по­гло­ще­ния.

В низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­ме при ма­лой сте­пе­ни ио­ни­за­ции не­иде­аль­ность мо­жет быть свя­за­на с взаи­мо­дей­ст­ви­ем за­ря­дов с ней­траль­ны­ми час­ти­ца­ми. В ре­зуль­та­те при­тя­же­ния за­ря­да и ней­траль­ной час­ти­цы об­ра­зу­ют­ся мо­ле­ку­ляр­ные и кла­стер­ные ио­ны и со­став плаз­мы мо­жет стать мно­го­ком­по­нент­ным.

В вы­ро­ж­ден­ной плаз­ме ки­не­тич. энер­гия элек­тро­нов оп­ре­де­ля­ет­ся не темп-рой, а энер­ги­ей Фер­ми $ℰ_{\text F}$. В этом слу­чае кван­то­вый па­ра­метр не­иде­аль­но­сти при­об­ре­та­ет вид: $γ_{кв}=e^2n_e^{1/3/ℰ_{\text F}}$. По­сколь­ку $ℰ_{\text F}∼n_e^{2/3}$, па­ра­метр $γ_{кв}$ умень­ша­ет­ся с рос­том плот­но­сти элек­тро­нов, и вы­ро­ж­ден­ная элек­трон­ная плаз­ма по ме­ре сжа­тия ста­но­вит­ся бо­лее иде­аль­ной.

В га­зо­раз­ряд­ной пы­ле­вой плаз­ме, где за­ряд час­тиц мик­ро­мет­ро­во­го раз­ме­ра дос­ти­га­ет $(10^3–10^4)e$, силь­ная не­иде­аль­ность мо­жет при­во­дить к кри­стал­ли­за­ции пы­ле­вой под­сис­те­мы, в то вре­мя как элек­трон-ион­ная ком­по­нен­та плаз­мы ос­та­ёт­ся иде­аль­ной.

Н. п. пред­став­ля­ет ин­те­рес как для фун­дам. на­уч. ис­сле­до­ва­ний (кос­мич. плаз­ма, экс­тре­маль­ные со­стоя­ния ве­ще­ст­ва, кварк-глю­он­ная плаз­ма), так и для совр. тех­нич. при­ло­же­ний (тер­мо­ядер­ные ре­ак­то­ры с инер­ци­аль­ным удер­жа­ни­ем плаз­мы, плаз­мен­ные тех­но­ло­гии в мик­ро­элек­тро­ни­ке).