プラズマ中の波動

プラズマ物理学において、プラズマ中の波動は、周期的に繰り返される形で伝播する粒子と場の相互接続された集合体である。プラズマは準中性で電気伝導性のある流体である。最も単純な場合、プラズマは電子と単一の種類の正イオンから構成されるが、負イオンを含む複数の種類のイオンや中性粒子を含む場合もある。プラズマは電気伝導性を持つため、電場や磁場と結合する。この粒子と場の複合体は、多種多様な波動現象を支える。

プラズマ中の電磁場は、静的/平衡部分と振動/摂動部分の2つの部分から構成されると仮定される。プラズマ中の波は、振動磁場が存在するか否かによって、電磁波または静電波に分類できる。平面波にファラデーの誘導法則を適用すると、次のようになる。 $\mathbf {k} \times {\チルダ {\mathbf {E} }}=\オメガ {\チルダ {\mathbf {B} }}$ これは、静電波は純粋に縦波でなければならないことを示唆している。一方、電磁波は横波成分を持つ必要があるが、部分的に縦波成分を持つ場合もある。

波は、振動する種によってさらに分類できます。ほとんどのプラズマでは、電子温度はイオン温度と同等かそれ以上です。この事実と、電子の質量がはるかに小さいことから、電子はイオンよりもはるかに速く動きます。電子モードは電子の質量に依存しますが、イオンは無限に質量を持つ、つまり静止していると仮定できます。イオンモードはイオンの質量に依存しますが、電子は質量がなく、ボルツマン関係に従って瞬時に再分布すると仮定されます。まれに、例えば低域混成振動の場合、モードは電子とイオンの両方の質量に依存します。

様々なモードは、非磁化プラズマ中を伝播するか、あるいは定常磁場に対して平行、垂直、または斜めに伝播するかによって分類することもできます。最後に、垂直方向の電磁電子波の場合、摂動された電場は定常磁場に対して平行または垂直になります。