1. Những dao động tĩnh điện
Giả sử có một điện tích âm vì một lí do nào đấy được đưa ra khỏi một vị trí mà ở đó điện trường của mọi hạt bù trừ lẫn nhau. Khi đó sinh ra một điện trường mạnh muốn khôi phục sự cân bằng vừa bị phá vỡ. Khi trở về vị trí cân bằng, điện tích theo quán tính chuyển động qua vị trí cân bằng, lại một lần nữa làm xuất hiện điện trường mạnh và quá trình cứ tiếp tục như thế làm xuất hiện các dao động của điện tích. Đó chính là các dao động plasma. Sự truyền những dao động này trong plasma là sóng plasma. Sóng plasma là sóng dọc. Nếu chỉ coi các electron dịch chuyển, còn các ion là đứng yên và bỏ qua chuyển động nhiệt của các electron thì tần số dao động plasma của các electron được xác định bằng biểu thức :
m ne e 2 4 Trong đó : n là mật độ electron e là điện tích electron m là khối lượng electron
Tần số plasma đạt được giá trị khá lớn ngay cả trong plasma có mật độ không cao. 11 1 10 . 6 , 5 s e khi 20 10 n hat/m3
SVTH: Nguyễn Thị Bích Phượng 46 Plasma và ứng dụng của plasma 2. Sóng từ thủy động lực học và sóng từ âm học
2.1 Sóng từ thuỷ động lực học
Chuyển động sóng trong plasma khi có mặt từ trường sẽ phức tạp hơn nhiều và xuất hiện nhiều loại sóng mới khác nữa. Ta chỉ xét những loại sóng đơn giản nhất trong những loại sóng mới khi coi plasma là một chất lỏng có độ dẫn điện lí tưởng. Giả sử, trong plasma những đường cảm ứng từ tại một điểm nào đó tham gia vào sự dịch chuyển theo phương ngang (hình 19, đường chấm chấm).
Trường hợp này, từ trường sau đó sẽ thay đổi cấu hình của nó. Các đường cảm ứng chịu tác dụng của những lực đàn hồi làm uốn thẳng chúng.
Khi chuyển động đồng thời với từ trường, plasma theo quán tính đi qua vị trí thẳng. Các đường cảm ứng lại một lần nữa bị uốn cong. Vì thế, quá trình được lặp lại lần thứ hai, nhưng theo hướng ngược lại. Như vậy, những dao động đã được sinh ra và chúng được truyền dọc theo các đường cảm ứng dẫn đến chuyển động sóng (Hình 20).
Người ta gọi sóng như thế là sóng từ thuỷ động lực học.
Hình 20. Sóng từ thuỷ động lực học.
SVTH: Nguyễn Thị Bích Phượng 47 Plasma và ứng dụng của plasma 2.2 Sóng từ âm học
Bây giờ ta không xét đến những đường cảm ứng từ bị thay đổi hình dạng thẳng của mình mà xét sự đông lại một điểm nào đó của chúng.
Do sự đông đặc của từ trường đã làm cho plasma dồn vào một điểm. Sự truyền hiện tượng dồn này trong chất khí bình thường là sóng âm. Còn trong plasma hiện tượng lan truyền này liên quan tới sự lan truyền tính đông đặc của các đường cảm ứng từ ‘‘đông đặc’’.
Nhờ vậy, mà sóng được hình thành. Người ta gọi sóng đó là sóng từ âm học. Nó được truyền vuông góc với hướng của từ trường và cũng như sóng âm.
3. Sự tắt dần và sự tăng cường các dao động
Sự va chạm của các hạt plasma với nhau dẫn đến sự tắt dần của các dao động khác nhau. Ngoài ra, sóng truyền năng lượng của mình cho các electron và các ion dẫn đến sự tắt dần của các dao động. Sự tắt dần đó được quan sát trong điều kiện khi plasma ở trong trạng thái cân bằng nhiệt động hoàn toàn. Còn trong plasma không cân bằng, sự tương tác của sóng với các hạt mang điện có thể dẫn đến sự tăng cường dao động. Điều này sẽ xảy ra khi số hạt nhận năng lượng của sóng plasma nhỏ hơn số hạt truyền năng lượng của mình cho sóng plasma. Những điều kiện như vậy chỉ xuất hiện khi trong plasma có một nguyên nhân nào đấy tạo ra một nhóm hạt có vận tốc lớn (năng lượng lớn) do một chùm hạt mang điện bay nhanh xuyên qua plasma,
R
B
SVTH: Nguyễn Thị Bích Phượng 48 Plasma và ứng dụng của plasma