ечовини (тут тверде тіло, там плазма), по характером протікання ядерних процесів (тут йдуть термоядерні, там - пікноядерние реакції), за типом структурних одиниць речовини (тут існують електрони і ядра, там речовина побудовано з нейтронів). Правда, переходи між різними станами, як правило, здійснюються безперервно, так що область екстремальних станів важко розбити на будь-які райони чіткими межами. Розділові лінії - маршрути наших майбутніх подорожей по цій області - носитимуть досить умовний зміст. Досить умовним, що дає лише уявлення про порядки величин, буде і розташування тих віх, за якими в даній роботі даватиметься уявлення про окремі районах: стан речовини в центрі Сонця і в серцевині білого карлика, в корі і мантії пульсара. br/>
2. Екстремальні стани речовини
Тепер проаналізуємо відмінності, які існують між різними станами речовини, щоб у порівнянні усвідомити специфічні особливості, характерні саме для екстремальних станів речовини. Однак, спочатку необхідно привести основні відомості про те, що являє собою плазма, оскільки це поняття буде одним з ключових у подальшому описі екстремальних станів.
2.1. Основні поняття і принципи фізики плазми
Що ж таке плазма? Плазмою називають газ, іонізований до такої міри, що електричні сили тяжіння, що діють між електронами і позитивними іонами, перешкоджають помітного поділу зарядів. Таким чином, плазма - це іонізований газ, який електрично квазінейтрален в кожному малому обсязі. Умова квазінейтральності означає, по-перше, малість сумарного заряду плазми по порівняно з сумою зарядів одного знака, по-друге, мається на увазі електрична нейтральність плазми в середньому в досить великих обсягах або за досить великі проміжки часу.
Величини обсягів і проміжків часу, в яких проявляється квазінейтральность, визначаються просторовими і тимчасовими масштабами розділення зарядів. p> Перш ніж перейти до розгляду масштабів поділу зарядів введемо поняття рівноважної і нерівноважної плазми. У процесі хаотичного руху при зіткненнях з іонами електрони віддають їм частку своєї енергії, так що в стаціонарному стані встановлюється деяка рівновага між купується і що віддається енергією. Розподіл електронів та іонів можна описати максвеловскім законом розподілу і характеризувати деякої середньої повною швидкістю, так що середня енергія електронів та іонів може бути певною мірою температурою відповідно T e і T + :
В
У слабких полях і в сталих режимах енергії електронної та іонної складових плазми дорівнюють між собою і дорівнюють енергії нейтральних молекул T e = T + = T. Це стан відповідає повному термодинамічної рівноваги, а плазма називається відповідно рівноважної.
У сильних полях, особливо в розрідженій плазмі, енергія купується електронами від поля виявляється істотно більше енергії іонів T e >> T + = T. Таке стан називається нерівноважним, а плазма нерівноважної.
Розглянемо тепер просторовий масштаб розділення зарядів. У певному обсязі плазми з характерним розміром d, який називається дебаєвсьного радіусом екранування, потенційна і кінетична енергії зарядженої частинки рівні між собою. p> У рівноважної плазмі, коли T e = T + = T:
,
в різко нерівноважної плазмі, коли T e >> T + = T
,
де: T e - температура електронів; T + - температура іонів; T-температура газу; n - щільність електронів та іонів; e - заряд електрона; k - постійна Больцмана.
дебаєвсьного радіус характеризує відстані, на яких можливі сильні поділу зарядів у плазмі. Наприклад, при T e = 1 еВ і n = 10 14 1/м 3 дебаєвський радіус d = 5,2 Г— 10 -4 м.
Згідно з визначенням Ленгмюра, іонізований газ називається плазмою, якщо дебаєвський радіус екранування d набагато менше інших характерних відстаней області зайнятої цим газом.
Тимчасовим параметром визначальним поділ зарядів у плазмі є кутова частота гармонійних коливань заряджених частинок плазми. Справа в тому, що переміщення заряджених частинок в плазмі призводить до появи електростатичних сил прагнуть повернути частинки в початкове положення. Рух таких частинок являє собою гармонійні коливання навколо положення рівноваги: ​​
d = Asin (w p t + f 0 ),
де A - амплітуда коливань; f 0 - початкова фаза коливань; w p - кутова частота, що дорівнює
В
Таким чином, плазмова частота - це резонансна або характеристична частота системи утворюють плазму заряджених частинок, що залежать від їх маси. Час окремого мікроскопічного взаємодії не може перевищити період плазмових коливань, тобто w p представляє собою нижню межу частоти мікроскопічного взаємодії заряджених частинок.
Ступінь іоніз...
