Плазма

**Пла́зма** (грек. πλάσμα «әүәленгән») — ионлаштырылған квазинейтраль газ. Ионлаштырылған газ составында ирекле электрондар, ыңғый һәм тиҫкәре зарядлы иондар бар. Киң мәғәнәлә алғанда плазмала теләһә ниндәй зарядлы киҫәксәләр булыуы мөмкин (мәҫәлән, кварк-глюон плазма). Система менән сағыштырғанда бәләкәй генә күләм эсендә зарядтар суммаһы нулгә тигеҙ булған плазма квазинейтраль тип атала, был зарядлы киҫәксәләр ағымының һәм плазманың (мәҫәлән, электрон йәки ион нурҙарынан) төп айырмаһы. Газ, юғары температураға тиклем йылытылған ваҡытта плазмаға әүерелә, был матдәнең дүртенсе торошо тип атала (матдәнең ҡаты, шайыҡ, газ хәлендә агрегат торошо була, плазма матдәнең дүртенсе агрегат хәле).

Газ киҫәксәләре хәрәкәтсән булғанға, плазма электр тогын үткәрергә һәләтле. Стационар шарттарҙа электр ҡыры тәьҫирендә плазма тирәләй даими экранлаштырылған электр ҡыры барлыҡҡа килә.

Зарядлы киҫәксәләрҙең температураһы нуль булмағанға күрә, арауыҡ эсендә плазманың квазинейтраллеге һаҡланмай.

## Асыу тарихы
Матдәнең дүртенсе торошо барлығын 1879 йылда У. Крукс аса, 1928 йылда
И. Ленгмюр «плазма» тип атай. Ленгмюр былай тип яҙа:

Электрод тирәләй арауыҡта булған бер ни тиклем электрондарҙы иҫәпкә алмағанда, ионлаштырылған газ составында бер тигеҙ миҡдарҙа электрондар һәм зарядлы иондар бар, шуға күрә зарядтар суммаһы нулгә яҡын.

Зарядлы ион һәм электрондарҙан торған, электр заряды нулгә тигеҙ булған өлкәне билдәләү өсөн «плазма» терминын ҡулланабыҙ.

Плазма үҙенсәлектәрен өйрәнеүсе фән плазма физикаһы тип атала.

## Төрҙәре
Бөгөнгө фекерҙәр буйынса, Ғаләмдә барион матдәнең күпселек өлөшөнөң фаза торошо (массаһы буйынса яҡынса 99,9 %) — плазма.
Бөтә йондоҙҙар плазманан торалар, һәм хатта улар араһындағы арауыҡ, бик һирәкләнгән булһа ла, плазма менән тулған (ҡарағыҙ: Йондоҙ-ара арауыҡ). Миҫалға, Юпитер планетаһы Ҡояш системаһының «плазма булмаған» хәлдәге (шыйыҡса, ҡаты һәм газ хәлендәге) бөтә матдәһен үҙендә туплаған. Шул уҡ ваҡытта Юпитерҙың массаһы Ҡояш системаһы массаһының бары тик яҡынса 0,1%-ын тәшкил итә, ә күләме — тағы ла әҙерәк: бары 10−15 %. Шуның менән бергә космик арауыҡты тултырған һәм билдәле бер электр зарядына эйә булған бик бәләкәй саң бөртөктәрен барыһын бергә үтә ауыр, зарядланған иондарҙан торған плазма итеп ҡарарға мөмкин (ҡарағыҙ: Саңлы плазма).

## Үҙенсәлектәре һәм параметрҙары

### Плазма билдәләмәһе
Плазма - ыңғай һәм кире зарядтарҙың тығыҙлығы ғәмәлдә бер иш тиерлек булған өлөшсәләрҙең бер өлөшө йәки тулыһынса ионлаштырылған газ. Плазма түбәндәге үҙенсәлектәргә эйә Не всякую систему заряженных частиц можно назвать плазмой. Плазма обладает следующими свойствами:

**Етерлек тығыҙлыҡлы**: зарядланған өлөшсәләр, уларҙың һәр береһе яҡын урынлашҡан зарядланған өлөшсәләр системаһы менән үҙ-ара эш итһен өсөн, бер-береһенә яҡын булырға тейеш. Шарт үтәлгән тип иҫәпләнә, әгәр йоғонто яһау өлкәһендә (Дебай радиусы өлкәһе) зарядланған өлөшсәләр һаны коллектив эффекттар барлыҡҡа килеү өсөн етерлек булһа (шуға оҡшаш күренештәр - плазманың типик үҙенсәлеге). Был шарттың математик мәғәнәһен ошолай аңлатырға мөмкин: 
: r_D^3 N \gg 1,
һәм N — зарядланған өлөшсәләр тупланмаһы.

**Эске үҙ-ара эшмәкәрлектең өҫтөнлөгө**: дебай экранлау радиусы плазманың характерлы үлсәме менән сағыштырғанда аҙ булырға тейеш. Был критерий плазма эсендә барған үҙ-ара тәьҫир итешеүҙәрҙең уның өҫтөндәге эффекттар менән сағыштырғанда мөһимерәк булыуын аңлата. Әгәр был шарт үтәлһә, плазманы квазинейтраль тип иҫәпләргә мөмкин. Математика буйынса ул шулай күренә: {r_D \over L} \ll 1.

**Плазмалы йышлыҡ**: өлөшсәләрҙең бәрелешеүе араһындағы уртаса ваҡыт плазма тирбәлеүҙәре осоро менән сағыштырғанда ҙур булырға тейеш. Был тирбәлеүҙәр плазманың квазинейтраллығы боҙолоу сәбәпле электр ҡырының зарядына тәьҫир итеүҙән барлыҡҡа килә. Был ҡыр боҙолған тигеҙлекте тергеҙергә тырыша. Тигеҙләнеш хәленә кире ҡайтҡас, заряд инерция буйынса ошо хәлде үтә, был йәнә көслө ҡайта торған майҙандың барлыҡҡа килеүенә килтерә, типик механик тирбәлеүҙәр барлыҡҡа килә Был шарт үтәлгәс, плазманың электродинамик үҙенсәлектәре молекуляр-кинетик үҙенсәлектәренән өҫтөн була. Математика телендә был шарт түбәндәге күренештә:
: \tau \omega_{pl} \gg 1.

### Төркөмләнеше
Плазма, ғәҙәттә, **идеаль** һәм **идеаль булмаған**, **түбән температуралы** һәм **юғары температуралы**, **тигеҙ** һәм **тигеҙ булмаған** төрҙәргә бүленә, ләкин һалҡын плазма йыш ҡына тигеҙ булмай, ә эҫе плазма тигеҙ була.

## Төп характеристикалары
Бөтә дәүмәлдәр ҙә, температуранан башҡа, Гаусс СГС берәмектәрендә бирелгән, температура eV һәм протон массаһы берәмектәрендә \mu = m_i/m_p бирелгән иондар массаһында бирелә; *Z* — заряд һаны; *k* — Больцман даимиһы; *К* — тулҡын оҙонлоғо; γ — адиабатик индекс; ln Λ — Кулон логарифмы.

### Йышлыҡтар
* **Электрондың Лармор йышлығы**, электрондың магнит ҡырына перпендикуляр яҫылыҡта түңәрәк буйынса хәрәкәтенең мөйөш йышлығы:
: \omega_{ce} = eB/m_ec = 1.76 \times 10^7 B \mbox{rad/s}.
* **Иондың Лармор йышлығы**, иондың магнит ҡырына перпендикуляр яҫылыҡта түңәрәк буйынса хәрәкәтенең мөйөш йышлығы:
: \omega_{ci} = eB/m_ic = 9.58 \times 10^3 Z \mu^{-1} B \mbox{rad/s}.
* **[[Плазма йышлығы]]** (плазма тирбәлеүҙәре йышлығы, Ленгмюр йышлығы), иондарға ҡарата күсерелгән электрондарҙың тигеҙлек торошо тирәләй тирбәлеү йышлығы:
: \omega_{pe} = (4\pi n_ee^2/m_e)^{1/2} = 5.64 \times 10^4 n_e^{1/2} \mbox{rad/s}.
* Ионлы плазма йышлығы:
: \omega_{pi} = (4\pi n_iZ^2e^2/m_i)^{1/2} = 1.32 \times 10^3 Z \mu^{-1/2} n_i^{1/2} \mbox{rad/s}.
* Электрондарҙың бәрелешеү йышлығы
: \nu_e = 2.91 \times 10^{-6} n_e\,\ln\Lambda\,T_e^{-3/2} \mbox{s}^{-1}.
* Иондарҙың бәрелешеү йышлығы
: \nu_i = 4.80 \times 10^{-8} Z^4 \mu^{-1/2} n_i\,\ln\Lambda\,T_i^{-3/2} \mbox{s}^{-1}.

### Оҙонлоҡтар
* **Электрондың де-Бройль тулҡыны оҙонлоғо**, электрондың квант механикаһындағы тулҡын оҙонлоғо:
: \lambda\!\!\!\!- = \hbar/(m_ekT_e)^{1/2} = 2.76\times10^{-8}\,T_e^{-1/2}\,\mbox{cm}.
* **Классик осраҡта минималь яҡынайыу алыҫлығы**, шулай уҡ Ландау алыҫлығы тип атала — ике зарядлы киҫәксә туп-тура бәрелештә, квант механик тәьҫирҙәрҙе иҫәпкә алмай, киҫәксәләр температураһына тап килгән башланғыс тиҙлектә яҡыная алған минималь алыҫлыҡ:
: e^2/kT=1.44\times10^{-7}\,T^{-1}\,\mbox{cm}.
* **Электрондың гиромагнит радиусы**, электрондың магнит ҡырына перпендикуляр яҫылыҡта түңәрәк буйынса хәрәкәте радиусы:
: r_e = v_{Te}/\omega_{ce} = 2.38\,T_e^{1/2}B^{-1}\,\mbox{cm}.
* **Иондың гиромагнит радиусы**, иондың магнит ҡырына перпендикуляр яҫылыҡта түңәрәк буйынса хәрәкәте радиусы:
: r_i = v_{Ti}/\omega_{ci} = 1.02\times10^2\,\mu^{1/2}Z^{-1}T_i^{1/2}B^{-1}\,\mbox{cm}.
* **Плазманың скин-ҡатламы үлсәме**, электромагнит тулҡындарҙың плазмаға үтеп керә алыу алыҫлығы:
: c/\omega_{pe} = 5.31\times10^5\,n_e^{-1/2}\,\mbox{cm}.
* **[[Дебай радиусы]] (Дебай оҙонлоғо)**, электр ҡырҙарының электрондарҙың яңынан бүленеүе иҫәбенә экранланыу арауығы:
: \lambda_D = (kT/4\pi ne^2)^{1/2} = 7.43\times10^2\,T^{1/2}n^{-1/2}\,\mbox{cm}.

### Тиҙлектәр
* **Электрондың йылылыҡ тиҙлеге**, Максвелл таралыуында электрондарҙың тиҙлеген баһалау өсөн формула. Уртаса тиҙлек, иң ихтимал тиҙлек һәм урта квадратик тиҙлек был аңлатманан тик берәмеккә яҡын ҡабатлашыусы менән генә айырылалар:
: v_{Te} = (kT_e/m_e)^{1/2} = 4.19\times10^7\,T_e^{1/2}\,\mbox{cm/s}.
* **Иондың йылылыҡ тиҙлеге**, Максвелл таралыуында иондарҙың тиҙлеген баһалау өсөн формула:
: v_{Ti} = (kT_i/m_i)^{1/2} = 9.79\times10^5\,\mu^{-1/2}T_i^{1/2}\,\mbox{cm/s}.
* **Ион тауышы тиҙлеге**, буй ионлы-тауыш тулҡындарының тиҙлеге:
: c_s = (\gamma ZkT_e/m_i)^{1/2} = 9.79\times10^5\,(\gamma ZT_e/\mu)^{1/2}\,\mbox{cm/s}.
* **Альфвен тиҙлеге**, Альфвен тулҡындары тиҙлеге:
: v_A = B/(4\pi n_im_i)^{1/2} = 2.18\times10^{11}\,\mu^{-1/2}n_i^{-1/2}B\,\mbox{cm/s}.

### Үлсәмһеҙ дәүмәлдәр
* Электрон һәм протон массалары бүлендегенән квадрат тамыр:
: (m_e/m_p)^{1/2} = 2.33\times10^{-2} = 1/42.9.
* Дебай сфераһында киҫәксәләр һаны:
: (4\pi/3)n\lambda_D^3 = 1.72\times10^9\,T^{3/2}n^{-1/2}.
* Альфвен тиҙлегенең яҡтылыҡ тиҙлегенә сағыштырмаһы
: v_A/c = 7.28\,\mu^{-1/2}n_i^{-1/2}B.
* Электрон өсөн плазма һәм Лармор йышлыҡтары сағыштырмаһы
: \omega_{pe}/\omega_{ce} = 3.21\times10^{-3}\,n_e^{1/2}B^{-1}.
* Ион өсөн плазма һәм Лармор йышлыҡтары сағыштырмаһы
: \omega_{pi}/\omega_{ci} = 0.137\,\mu^{1/2}n_i^{1/2}B^{-1}.
* Йылылыҡ һәм магнит энергиялары сағыштырмаһы
: \beta = 8\pi nkT/B^2 = 4.03\times10^{-11}\,nTB^{-2}.
* Иондарҙың магнит энергияһының тынлыҡ энергияһына сағыштырмаһы
: B^2/8\pi n_im_ic^2 = 26.5\,\mu^{-1}n_i^{-1}B^2.

### Башҡалар
* Бом диффузияһы коэффициенты
: D_B = (ckT/16eB) = 5.4\times10^2\,TB^{-1}\,\mbox{cm}^2/\mbox{s}.
* Арҡыры Спитцер ҡаршылығы
: \eta_\perp = 1.15\times10^{-14}\,Z\,\ln\Lambda\,T^{-3/2}\,\mbox{s} = 1.03\times10^{-2}\,Z\,\ln\Lambda\,T^{-3/2}\,\Omega\,\mbox{cm}.

## Шулай уҡ ҡарағыҙ

* Термодинамика
* Токамак
* Плазмаға оҡшаған мөхит
* Плазма линзаһы 

## Иҫкәрмәләр

## Һылтанмалар
* Лекции  кафедры физики плазмы Новосибирского государственного университета
* Статья ''Плазма'' в Физической энциклопедии
* Специализированная библиотека по физике плазмы и ионно-плазменным технологиям  на веб-портале Plasmaport
* 
* плазменные антенны