プラズマの波

プラズマ物理学では、プラズマ内の波は、周期的に繰り返される形で伝播する、相互接続された粒子と場のセットです。プラズマは、準中性の導電性 流体です。最も単純なケースでは、電子と 1 種類の正イオンで構成されますが、負イオンや中性粒子など、複数のイオン種を含むこともあります。その電気伝導性により、プラズマは電場と磁場に結合します。この粒子と場の複合体は、さまざまな波動現象をサポートします。

プラズマ内の電磁場は、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想定されています。プラズマ内の波は、振動磁場の有無によって電磁波または静電波に分類できます。ファラデーの電磁誘導の法則を平面波に適用すると、静電波は純粋に縦波でなければならないことがわかります。対照的に、電磁波は横方向の成分を持たなければなりませんが、部分的に縦波である場合もあります。 ${\displaystyle \mathbf {k} \times {\チルダ {\mathbf {E} }}=\オメガ {\チルダ {\mathbf {B} }}}$

波は、振動する種によってさらに分類できます。関心のある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。この事実は、電子の質量がはるかに小さいことと相まって、電子がイオンよりもはるかに速く移動することを意味します。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がある、つまり静止していると想定できます。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、ボルツマンの関係に従って瞬時に再分配されると想定されます。下側混成振動など、モードが電子とイオンの両方の質量に依存することはまれです。

さまざまなモードは、磁化されていないプラズマ内で伝播するか、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、垂直な電磁電子波の場合、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。

${\displaystyle \omega}$-波の周波数、 -波数、 -光の速度、 -プラズマ周波数​​、 - イオンプラズマ周波数​​、 -電子ジャイロ周波数、 -イオンジャイロ周波数、 -上部ハイブリッド周波数、 -プラズマ「音」速度、 -プラズマアルヴェーン速度${\displaystyle k}$${\displaystyle c}$${\displaystyle \omega_{p}}$${\displaystyle \omega_{i}}$${\displaystyle \omega_{c}}$${\displaystyle \Omega_{c}}$${\displaystyle \omega_{h}}$${\displaystyle v_{s}}$${\displaystyle v_{A}}$

(下付き文字の 0 は電場または磁場の静的部分を示し、下付き文字の 1 は振動部分を示します。)

• Swanson, DGプラズマ波(2003)。第 2 版。
• スティックス、トーマス・ハワード。プラズマの波（1992年）。
• チェン、フランシス F. プラズマ物理学と制御核融合入門、第 2 版 (1984)。