Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Дрейф между заряженными и нейтральными частицами в плазме. Амбиполярная диффузия (амбиполярная: относящаяся к или состоящая как из электронов, так и из положительных ионов, движущихся в противоположных направлениях) — это диффузия положительных и отрицательных частиц с противоположными электрическими зарядами, обусловленная их взаимодействием посредством электрического поля. В случае ионных кристаллов потоки диффундирующих частиц связаны между собой, тогда как в плазме различные частицы диффундируют с одинаковой скоростью.
Drift between charged and neutral particles in a plasma
Ambipolar diffusion (ambipolar: relating to or consisting of both electrons and positive ions moving in opposite directions) is diffusion of positive and negative species with opposite electrical charge due to their interaction via an electric field. In the case of ionic crystals, the fluxes of the diffusing species are coupled, while in a plasma the various species diffuse at the same rate.
Диффузия в плазме
В физике плазмы амбиполярная диффузия тесно связана с концепцией квазинейтральности. В большинстве плазм силы, действующие на ионы, отличаются от сил, действующих на электроны, поэтому естественно ожидать, что один из видов будет транспортироваться быстрее, чем другой, будь то диффузия, конвекция или какой-либо другой процесс. Если такой дифференциальный транспорт имеет дивергенцию, это приводит к изменению плотности заряда. Последнее, в свою очередь, создаст электрическое поле, которое может изменить транспорт одного или обоих видов таким образом, что их скорости станут равными. Самый простой пример – плазма, локализованная в не намагниченном вакууме. (См. Инерциальный термоядерный синтез.) И электроны, и ионы будут вытекать наружу со своей тепловой скоростью. Если ионы относительно холодны, их тепловая скорость будет небольшой. Тепловая скорость электронов будет высокой из-за их высокой температуры и низкой массы: по мере того как электроны покидают исходный объем, они оставляют за собой положительную плотность заряда ионов, что приводит к направленному наружу электрическому полю. Это поле будет замедлять электроны и ускорять ионы. Конечным результатом является то, что ионы и электроны вытекают наружу со скоростью звука, которая намного меньше тепловой скорости электронов, но обычно намного больше тепловой скорости ионов. В астрофизике «амбиполярная диффузия» относится конкретно к разделению нейтральных частиц и плазмы, например, на начальной стадии звездообразования. В этом случае нейтральные частицы в основном представляют собой молекулы водорода в облаке, которое подверглось бы гравитационному коллапсу, если бы не было связано с плазмой посредством столкновений. Плазма состоит из ионов (в основном протонов) и электронов, которые связаны с межзвездным магнитным полем и, следовательно, сопротивляются коллапсу. В молекулярном облаке, где степень ионизации очень низка (одна часть на миллион или меньше), нейтральные частицы лишь изредка сталкиваются с заряженными частицами и поэтому не полностью препятствуют их коллапсу (обратите внимание, что это динамический коллапс, а не свободное падение) в звезду.
In plasma physics, ambipolar diffusion is closely related to the concept of quasineutrality. In most plasmas, the forces acting on the ions are different from those acting on the electrons, so naively one would expect one species to be transported faster than the other, whether by diffusion or convection or some other process. If such differential transport has a divergence, then it results in a change of the charge density. The latter will in turn create an electric field that can alter the transport of one or both species in such a way that they become equal. The simplest example is a plasma localized in an unmagnetized vacuum. (See Inertial confinement fusion.) Both electrons and ions will stream outward with their respective thermal velocity. If the ions are relatively cold, their thermal velocity will be small. The thermal velocity of the electrons will be fast due to their high temperature and low mass: As the electrons leave the initial volume, they will leave behind a positive charge density of ions, which will result in an outwardly directed electric field. This field will act on the electrons to slow them down and on the ions to speed them up. The net result is that both ions and electrons stream outward at the speed of sound, , which is much smaller than the electron thermal velocity, but usually much larger than the ion thermal velocity. In astrophysics, "ambipolar diffusion" refers specifically to the decoupling of neutral particles from plasma, for example in the initial stage of star formation. The neutral particles in this case are mostly hydrogen molecules in a cloud that would undergo gravitational collapse if they were not collisionally coupled to the plasma. The plasma is composed of ions (mostly protons) and electrons, which are tied to the interstellar magnetic field and therefore resist collapse. In a molecular cloud where the fractional ionization is very low (one part per million or less), neutral particles only rarely encounter charged particles, and so are not entirely hindered in their collapse (note that now is dynamical collapse, not free fall) into a star.