プラズマパラメータ

プラズマパラメータは無次元数で、大文字のラムダΛで表されます。プラズマパラメータは通常、クーロン対数の引数として解釈され、これはクーロン散乱における最接近距離に対する最大影響パラメータの比です。この場合、プラズマパラメータは次のように表されます: ^[1] ここで $${\displaystyle \Lambda =4\pi n_{\text{e}}\lambda _{\text{D}}^{3}}$$

• n _{e は}電子の数密度であり、
• λ _{D は}デバイ長です。

この式は、イオンの熱速度が電子の熱速度よりはるかに遅いプラズマに典型的に当てはまります。クーロン対数の詳細な説明は、 NRL Plasma Formularyの34 ～ 35 ページに記載されています。

パラメータという言葉は、プラズマ物理学では一般にバルクプラズマの特性を指すために使用されることに注意してください。プラズマパラメータを参照してください。

このパラメータの別の定義は、デバイ球（半径がデバイ長の球）内に含まれるプラズマ内の平均電子数によって与えられます。このプラズマパラメータの定義は、より頻繁に（そして適切に）デバイ数と呼ばれ、 と表記されます。この文脈では、プラズマパラメータは次のように定義されます。 ${\displaystyle N_{\text{D}}}$$${\displaystyle N_{\text{D}}={\frac {4\pi}{3}}n_{\text{e}}\lambda _{\text{D}}^{3}={\frac {1}{3}}\Lambda }$$

これら 2 つの定義は 3 倍しか違わないため、同じ意味でよく使用されます。

の係数はしばしば省略される。デバイ長が で与えられる場合、プラズマパラメータは^[2]で与えられる 。ここで ${\displaystyle {\frac {4\pi }{3}}}$${\displaystyle \lambda _{\text{D}}={\sqrt {\frac {\epsilon _{0}kT_{\text{e}}}{n_{\text{e}}q_{\text{e}}^{2}}}}}$ $${\displaystyle N_{\text{D}}={\frac {(\epsilon _{0}kT_{\text{e}})^{\frac {3}{2}}}{q_{\text{e}}^{3}{n_{\text{e}}}^{\frac {1}{2}}}}}$$

• ε _{0 は}自由空間の誘電率であり、
• kはボルツマン定数、
• q _{e は}電子の電荷であり、
• T _{e は}電子温度です。

紛らわしいことに、一部の著者はプラズマパラメータを次のように定義しています。 $${\displaystyle \epsilon _{p}=\Lambda ^{-1}\ .}$$

密接に関連するパラメータはプラズマ結合であり、クーロンエネルギーと熱エネルギーの比として定義されます。 ${\displaystyle \ガンマ}$$${\displaystyle \Gamma ={\frac {E_{\text{C}}}{kT_{\text{e}}}}.}}$$

クーロンエネルギー（粒子あたり）は、 典型的な粒子間距離が通常ウィグナー・ザイツ半径でとられる場所です。したがって、 $${\displaystyle E_{\text{C}}={\frac {q_{\text{e}}^{2}}{4\pi \epsilon _{0}\langle r\rangle }},}$$${\displaystyle \langle r\rangle }$$${\displaystyle \Gamma ={\frac {q_{\text{e}}^{2}}{4\pi \epsilon _{0}kT_{\text{e}}}}{\sqrt[{3} ]{\frac {4\pi n_{\text{e}}}{3}}}.}$$

明らかに、1のオーダーの数値係数までは、 $${\displaystyle \Gamma \sim \Lambda ^{-{\frac {2}{3}}}\ .}$$

一般に、多成分プラズマの場合、それぞれの種の結合パラメータを個別に定義します。 $${\displaystyle \Gamma_{s}={\frac{q_{s}^{2}}{4\pi\epsilon_{0}kT_{s}}}{\sqrt[{3}]{\frac{4\pin_{s}}{3}}}.}$$

ここで、s は電子またはイオン（の一種）を表します。

荷電粒子の集合が厳密に理想プラズマと呼べるかどうかを決定する基準の1つは、Λ ≫ 1であることです。この場合、集団静電相互作用が2粒子衝突よりも優位になり、プラズマ粒子は、対相互作用（衝突）ではなく、滑らかな背景場とのみ相互作用しているかのように扱うことができます。^[3]理想プラズマ内の各種の状態方程式は、理想気体のそれと同じです。

Λの大きさに応じて、プラズマの特性は次のように特徴付けられる。^[4]

• NRL 血漿処方集 2007 版