等離子體中的粒子碰撞

中性粒子之間的碰撞可參見分子運動論，帶電粒子與中性粒子之間的碰撞接近中性粒子之間的碰撞。這裏僅限於討論帶電粒子之間的碰撞。帶電粒子之間可以產生近距離的碰撞，這種碰撞只是一個粒子和另一個粒子相碰，一次碰撞的結果是至少有一個粒子的速度有明顯的偏轉。除近碰撞外，帶電粒子之間還存在遠距離的碰撞。由於粒子之間的庫侖作用力是長程力，它的作用範圍一直延伸到以德拜長度為半徑的德拜球，德拜長度比起粒子間的近距離碰撞參量來是一個很長的距離，在這種遠距離的弱相互作用下的碰撞就是遠碰撞，它造成粒子速度的微小偏轉，當這些微小偏轉累積起來，使偏轉達到90°，就相當於一次碰撞。在等離子體中，帶電粒子間的遠碰撞作用一般説來遠大於近碰撞，前者比後者大8lnΛ倍左右，lnΛ稱為庫侖對數，lnΛ≈10，所以，碰撞頻率主要是由遠碰撞決定。用表示a類粒子碰b類粒子的碰撞時間，等離子體中帶電粒子之間的碰撞時間有4種：、、、，分別表示電子碰電子、電子碰離子、離子碰離子及離子碰電子的碰撞時間。對於熱平衡的等離子體，嚴格的計算得到（假設離子是一次電離），式中me、mi、Te、Ti分別是電子和離子的質量和温度，n是電子或離子密度，e是電子電荷，Te、Ti以爾格為單位，其他各物理量都是用高斯單位。它們之間的相對大小是碰撞頻率v=1/τ，所以4種碰撞頻率的相對大小是，當Te≈Ti時，有關係=。帶電粒子之間碰撞的一個特點是：碰撞頻率v與T3/2（當Ti=Te=T時）成反比，T越高，v越小。這和氣體分子之間的碰撞性質完全不同。 ^[1]