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.

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.