Ambipolyarnaya diffuziya

(ot lat. ambo - oba i grech. polos - os', polyus).

Sovmestnyi diffuzionnyi perenos elektronov i ionov v napravlenii umen'sheniya ih koncentracii, pri kotorom v kazhdoi tochke ob'ema plazmy elektronnyi i ionnyi potoki i ravny ili mogut otlichat'sya lish' na odnu i tu zhe postoyannuyu velichinu: (=const, t. n. skvoznoi potok). Prosteishii sluchai ambipolyarnoi diffuzii slaboionizovannoi plazmy (v kotoroi stolknoveniya zaryazhennyh chastic nesushestvenny) v cilindricheskoi trubke v otsutstvie magnitnogo polya byl rassmotren nemeckim fizikom V. Shottki (W. Schottky, 1924). Vsledstvie razlichiya koefficientov diffuzii elektronov i ionov komponenty vsegda stremyatsya razdelit'sya vo vsem ob'eme i na stenke voznikaet ob'emnyi zaryad. V otsutstvie magnitnogo polya koefficient diffuzii elektronov D_e mnogo bol'she ionnogo D_i - i stenki zaryazhayutsya otricatel'no. Odnako uzhe slaboe razdelenie zaryadov privodit k poyavleniyu elektricheskogo polya (t. n. samosoglasovannogo ambipolyarnogo polya), prepyatstvuyushego dal'neishemu razdeleniyu. Samosoglasovannoe elektricheskoe pole zapiraet elektrony i uskoryaet iony takim obrazom, chtoby ih diffuzionnye potoki byli ravny. Koefficient ambipolyarnoi diffuzii opredelyaetsya koefficientom diffuzii bolee medlennoi komponenty. V otsutstvie magnitnogo polya ili vdol' magnitnogo polya (pri ego nalichii) koefficient ambipolyarnoi diffuzii , kak pokazyvaet raschet, primerno raven

,

gde i - temperatury elektronnoi i ionnoi komponent. Vtoroi chlen v etoi formule - rezul'tat uskoreniya perenosa ionov ambipolyarnym polem vsledstvie ih polevoi podvizhnosti. T. o., ambipolyarnaya diffuziya - smes' istinno diffuznogo potoka s polevymi potokami. V sluchae diffuzii poperek magnitnogo polya dlya slaboionizovannoi plazmy koefficient diffuzii ionov . znachitel'no bol'she koefficienta diffuzii elektronov . i koefficient ambipolyarnoi diffuzii , opredelyaetsya diffuziei elektronov:

.

V polnost'yu ionizovannoi plazme klassicheskaya poperechnaya diffuziya elektronov i ionov v dvuhkomponentnoi plazme opredelyaetsya ih treniem mezhdu soboi, chto avtomaticheski obespechivaet ravenstvo potokov (t. e. ). Diffuziya plazmy redko byvaet ambipolyarnoi, v bol'shinstve sluchaev voznikayut otkloneniya iz-za prostranstvennoi anizotropii koefficienta perenosa dlya kazhdoi iz komponent, t. k. dlya sohraneniya kvazineitral'nosti elementov ob'ema plazmy neobhodimo lish' ravenstvo divergencii potokov: . Naprimer, v sluchae diffuzii slaboionizovannoi plazmy v zamknutoi metallicheskoi kamere (l - dlina, a - radius), pomeshennoi v sil'noe odnorodnoe magnitnoe pole H (ris.), vypolnyaetsya uslovie . Pri konechnoi dline kamery podvizhnye vdol' magnitnogo polya N elektrony komponent slabo stremyatsya uiti na torcevye stenki sosuda. Iony imeyut bol'shii, chem elektrony, poperechnyi koefficient diffuzii i sravnitel'no legko popadayut na bokovuyu stenku pribora. V rezul'tate v ob'eme plazmy vse vremya voznikaet vihrevoi elektricheskii tok J. On legko zamykaetsya po metallicheskoi poverhnosti kamery. Diffuziya perestaet byt' ambipolyarnoi, skorost' ee opredelyaetsya bol'shimi koefficientami (, ili ). Analogichnyi effekt mozhet imet' mesto v bezgranichnoi plazme v processe rasplyvaniya ee neodnorodnostei. Pri etom rol' poverhnosti igraet osnovnaya "fonovaya" plazma. Eti yavleniya chasto nazyvayut effektami "korotkogo zamykaniya". Oni mogut sushestvenno umen'shat' vremya zhizni plazmy i izmenyat' dinamiku vozmushenii v nei.

Ambipolyarnaya diffuziya imeet mesto takzhe v zhidkostyah (elektrolitah), pri nalichii gradienta koncentracii elektrolita, v poluprovodnikah, obladayushih svobodnymi nositelyami zaryadov. Ambipolyarnaya diffuziya yavlyaetsya odnim iz processov, obuslovlivayushih energeticheskie poteri v elektricheskih zaryadah v gaze, naprimer, v tleyushem razryade.