Электростатические колебания плазмы

Электростатические колебания – простейший и наиболее важный тип продольных колебаний плазмы. Эти колебания возникают вследствие нарушения квазинейтральности в локальных объемах плазмы. Следует различать колебания электронов и ионов. Механизм возникновения электронных колебаний (легмюровских колебаний) демонстрируется на рис. 3. Если в объеме плазмы произошло смещение электронов на малое расстояние вдоль оси X-в, то возникла структура типа плоского конденсатора, напряженность электрического поля в котором

. (7)

Сила действия на электрон в таком поле

. (8)

Электрон под действием такой силы совершает малые колебания относительно положения равновесия. Частота малых колебаний под действием упругой силы

, (9)

где коэффициент упругой силы на основании (8) , а - масса электрона. Окончательно для частоты малых колебаний электронов в плазме получаем . (10)

Так определяется частота колебаний электронов внутри плазмы. Часто ее называют критическая частота, так как более высокие частоты электромагнитного излучения проникают в плазму, а более низкие - полностью отражаются от нее. Этот тип электростатических колебаний плазмы впервые обнаружил Ленгмюр, и поэтому их часто называют ленгмюровские колебания.

В случае колебания положительных ионов возникает так называемый «ионный звук». Когда температура электронной компоненты значительно отличается от ионной, тогда ионный звук распространяется по плазме со скоростью порядка .

При распространении электромагнитных волн в плазме происходит эффективное их рассеяние и в ряде случаев зеркальное отражение. Этим свойством плазма отличается от обычного газообразного состояния вещества.