Электромагнитная электронная волна - Electromagnetic electron wave

В физика плазмы, электромагнитная электронная волна это волна в плазма который имеет магнитное поле компонент и в котором в первую очередь электроны колебаться.

В безмагниченной плазме электромагнитная электронная волна - это просто свет волна, модифицированная плазмой. В замагниченной плазме есть две моды, перпендикулярные полю, O и X моды, и две моды, параллельные полю, R и L.

Частота среза и критическая плотность

В немагниченной плазме для предела высокой частоты или низкой плотности электронов, т.е. ${\displaystyle \omega \gg \omega _{pe}=(n_{e}e^{2}/m_{e}\epsilon _{0})^{1/2}}$или же${\displaystyle n_{e}\ll m_{e}\omega ^{2}\epsilon _{0}\,/\,e^{2}}$ где ω_pe это плазменная частота, скорость волны равна скорость света в вакууме. С увеличением электронной плотности фазовая скорость увеличивается и групповая скорость уменьшается до тех пор, пока частота среза где частота света равна ω_pe. Эта плотность известна как критическая плотность для угловая частота ω этой волны и определяется выражением ^[1]

${\displaystyle n_{c}={\frac {\varepsilon _{o}\,m_{e}}{e^{2}}}\,\omega ^{2}}$ (Единицы СИ )

Если критическая плотность превышена, плазма называется чрезмерно плотный.

В замагниченной плазме, за исключением волны O, отношения отсечки более сложные.

О волна

В О волна "обыкновенная" волна в том смысле, что ее соотношение дисперсии такая же, как и в безмагниченной плазме. это плоско поляризованный сE₁ || B₀. Он имеет отсечку на плазменная частота.

X волна

В X волна является "необыкновенной" волной, поскольку имеет более сложное дисперсионное соотношение. Он частично поперечный (с E₁⊥B₀) и частично продольные. С увеличением плотности фазовая скорость возрастает от c до отсечки на ${\displaystyle \omega _{R}}$ достигнуто. При дальнейшем увеличении плотности волна исчезает до тех пор, пока не появится резонанс на верхней гибридной частоте. ${\displaystyle \omega _{h}^{2}=\omega _{p}^{2}+\omega _{c}^{2}}$. Затем он может снова распространяться до второй отсечки на ${\displaystyle \omega _{L}}$. Частоты среза даются ^[2]

${\displaystyle {\begin{aligned}\omega _{R}&={\frac {1}{2}}\left[\omega _{c}+\left(\omega _{c}^{2}+4\omega _{p}^{2}\right)^{\frac {1}{2}}\right]\\\omega _{L}&={\frac {1}{2}}\left[-\omega _{c}+\left(\omega _{c}^{2}+4\omega _{p}^{2}\right)^{\frac {1}{2}}\right]\end{aligned}}}$

куда ${\displaystyle \omega _{c}}$ это электронный циклотронный резонанс частота и ${\displaystyle \omega _{p}}$ электрон плазменная частота.

Зубец R и зубец L

В Зубец R и L волна имеют правую и левую круговую поляризацию соответственно. Зубец R имеет отсечку в точке ω_р (отсюда и обозначение этой частоты) и резонанс при ω_c. Волна L имеет отсечку при ω_L и никакого резонанса. Зубцы R на частотах ниже ω_c/ 2 также известны как свистящие режимы. ^[3]

Дисперсионные отношения

В соотношение дисперсии можно записать как выражение для частоты (в квадрате), но также обычно записывают его как выражение для показатель преломления ск/ ω (в квадрате).

Сводка электромагнитных электронных волн

Условия	Отношение дисперсии	Имя
${\displaystyle {\vec {B}}_{0}=0}$	${\displaystyle \omega ^{2}=\omega _{p}^{2}+k^{2}c^{2}}$	Световая волна
${\displaystyle {\vec {k}}\perp {\vec {B}}_{0},\ {\vec {E}}_{1}\|{\vec {B}}_{0}}$	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}}$	О волна
${\displaystyle {\vec {k}}\perp {\vec {B}}_{0},\ {\vec {E}}_{1}\perp {\vec {B}}_{0}}$	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}}}\,{\frac {\omega ^{2}-\omega _{p}^{2}}{\omega ^{2}-\omega _{h}^{2}}}}$	X волна
${\displaystyle {\vec {k}}\|{\vec {B}}_{0}}$ (правый круг. pol. )	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}/\omega ^{2}}{1-\omega _{c}/\omega }}}$	Зубец R (режим свиста)
${\displaystyle {\vec {k}}\|{\vec {B}}_{0}}$ (левый круг. pol. )	${\displaystyle {\frac {c^{2}k^{2}}{\omega ^{2}}}=1-{\frac {\omega _{p}^{2}/\omega ^{2}}{1+\omega _{c}/\omega }}}$	L волна

Смотрите также

• Уравнение Апплтона-Хартри
• Список статей по плазме (физике)

Рекомендации

1. Чен, Фрэнсис (1984). Введение в физику плазмы и управляемый синтез, том 1 (2-е изд.). Издательская корпорация «Пленум». п. 116. ISBN  978-0-306-41332-2.
2. Чен, Фрэнсис (1984). Введение в физику плазмы и управляемый синтез, том 1 (2-е изд.). Издательская корпорация «Пленум». п. 127. ISBN  978-0-306-41332-2.
3. Чен, Фрэнсис (1984). Введение в физику плазмы и управляемый синтез, том 1 (2-е изд.). Издательская корпорация «Пленум». п. 131. ISBN  978-0-306-41332-2.