Амбиполярная Диффузия

АМБИПОЛЯРНАЯ ДИФФУЗИЯ, совместная диффузия в ионизованной среде заряженных частиц обоих знаков (например, электронов и ионов) в сторону уменьшения их концентрации. Амбиполярная диффузия отчётливо проявляется в газовой плазме, в электролитах, в полупроводниковой плазме, имеющей свободные носители обоих знаков. В отличие от диффузии нейтральных частиц, электроны и ионы в плазме не могут диффундировать независимо друг от друга. Если электроны, которые диффундируют быстрее, чем ионы, начинают уходить вперёд, то сразу же возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшему разделению зарядов и обеспечивающее квазинейтральность плазмы. Поле тормозит диффузию быстрых электронов и ускоряет ионы, в результате коэффициент амбиполярной диффузии оказывается меньше коэффициента диффузии электронов и больше коэффициента ионной диффузии.

Процесс амбиполярной диффузии в целом определяется более медленной диффузией. Так, при наличии магнитного поля коэффициент амбиполярной диффузии вдоль поля определяется ионной компонентой, так как диффузия ионов вдоль поля меньше диффузии электронов, а поперёк поля быстрее движутся ионы (из-за большого циклотронного радиуса), поэтому коэффициент амбиполярной диффузии поперёк поля определяется электронами.

Если плазма электрически не изолирована (например, находится в металлическом баллоне), то в результате замыкания токов реальная диффузия может определяться не наименьшими, а наибольшими коэффициентами диффузии по каждому из направлений. Например, электроны могут свободно уходить на торцы баллона, а ионы диффундировать поперёк магнитного поля с большой скоростью. Диффузия перестаёт быть амбиполярной. Диффузия не амбиполярна и при очень малых плотностях зарядов.

Лит.: Рожанский В.А., Цендин Л. Д. Столкновительный перенос в частично ионизованной плазме. М., 1988.   

Л. Д. Цендин.

Связанные статьи