20
Представлениями о двух указанных механизмах ус-
корения целесообразно пользоваться, как правило, в тёх
случаях, когда плотность плазмы велика или, точнее,
когда длина свободного пробега частиц плазмы между
столкновениями мала по сравнению с характерными
размерами зоны ускорения. Если это условие не выпол-
1 Т. е. произведения концентрации частиц данного сорта на их
заряд, выраженный в единицах элементарного заряда.
28
няется, то обычно удобнее рассматривать движение
электронной и ионной компонент плазмы в отдельно-
сти. Ввиду огромной разницы в массах иона и элек-
трона под ускорением плазмы следует понимать ускоре-
ние ионов при сохранении квазинейтральности.
В ускорительном канале на ионы и электроны плаз-
мы действуют электрическое и магнитное поля, а также
столкновения частиц друг с другом. Выделив некоторый
«типичный» однозарядный ион, можем записать для него
уравнение движения (второй закон Ньютона) в следую-
щей форме: + (e/c)[ViX В] +-F W + F ie .
Здесь М — масса иона, е — его заряд, V,- — скорость,
а £ — ускорение иона, Е и В — соответственно напря-
женность электрического и магнитного полей, F u — си-
ла, вызванная столкновениями ионов друг с другом, а
F ^ — столкновениями ионов с электронами. Аналогич-
ное уравнение можно написать и для «типичного» элек-
трона с массой т. Учитывая, что заряд электрона отри-
цателен и при столкновении электрона с ионом импульс
системы электрон — ион сохраняется, имеем: тъ е —
= — еЕ — (е/с) [\ е X В] + F e , — F ie .
Из написанных уравнений видно, что ускорение ионов
(т. ё. плазмы) может происходить вследствие трех при-
чин: электрического поля, столкновений с ионами и
столкновений с электронами. Магнитное поле воздейст-
вует на ион с силой, перпендикулярной скорости иона
(сила Лоренца), и поэтому не изменяет его энергии.
Механизм ускорения ионов электрическим полем тож-
дествен тому, который «работает» в ионных двигателях.
Однако теперь в ускорительном канале (промежутке)
находятся не только ионы, но и электроны, концентрации
которых с громадной степенью точности можно считать
одинаковыми, так как в среднем плазма электрически
нейтральна. Легко видеть, что если на частицы действует
только электрическое поле, то ускорение плазмы как си-
стемы пар электрон — ион отсутствует: сила, действую-
щая на электрон, численно равна силе, действующей на
ион, но направлены эти силы в противоположные сторо-
ны, так что суммарный импульс пары электрон—ион, а
значит, и импульс плазмы сохраняется неизменным. Ка-
ким образом удается заставить электрическое поле «ра-
ботать», будет видно немного позже.
Второй механизм ускорения — ион-ионные столкнове-
ния, Такие столкновения способны трансформировать
го