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Plasmawellen entstehen wie in einem homogenen neutralen Plasma, ein positives Gas Ionen und negativ Elektronen, ein kleiner Teil der Elektronen ist relativ zu den Ionen verschoben. Dieser Neutralitätsstörung wird dann entgegengewirkt durch Coulomb-Kräfte. Die Elektronenwolke prallt zurück und geht oszillieren zum Gleichgewichtszustand.

Wenn die Elektronen kalt sind, schwingt die Störung mit der Plasmafrequenz

${displaystyle omega _{pe}=2pi f_{p}={sqrt {frac {n_{e}e^{2}}{m_{e}epsilon _{0}}}}}$

in welchem ${displaystyle n_{e}}$ die Elektronendichte, ${displaystyle e}$ die Elektronenladung, ${displaystyle m_{e}}$ die Elektronenmasse und ${displaystyle epsilon_{0}}$ ist die Dielektrizitätskonstante des Vakuums. Bei der Ableitung dieser Formel wird davon ausgegangen, dass die Ionen viel schwerer sind als die Elektronen. Die Störung breitet sich nicht aus.

Im Plasma mit warmen Elektronen mit thermische Geschwindigkeit

${displaystyle v_{e}={sqrt {frac {k_{B}T_{e}}{m_{e}}}}}$

die Schwingungen breiten sich mit einer Frequenz aus, die von der Wellenzahl gemäß

${displaystyle omega ^{2}=omega _{pe}^{2} 3k^{2}v_{e}^{2}}$,

das Böhm-Brutto Dispersionsrelation. Die Wellen sind longitudinal (E-Feld in Ausbreitungsrichtung) und bekannt als lange Muir-Wellen (zu Irving Langmuir. Sie sind stummgeschaltet (Landauer Dämpfung), da das E-Feld mit Elektronen wechselwirkt, die ungefähr die Phasengeschwindigkeit ${displaystyle omega /k}$ haben.

Schallwellen im Plasma werden stark gedämpft, es sei denn, die Elektronen sind viel heißer als die Ionen. In diesem Fall heißen sie Ionen-Schallwellen.

transversal Elektromagnetische Wellen haben die Dispersionsrelation

${displaystyle omega ^{2}=omega _{pe}^{2} k^{2}c^{2}}$.

Sie sind ungedämpft, weil die Phasengeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ist ${Anzeigestil c}$.

Wenn das Plasma magnetisiert ist, können sich die gleichen Langmuir- und Schallwellen parallel zum statischen B-Feld ausbreiten, aber die EM-Welle wird in eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn aufgeteilt. zirkular polarisiert Wellen mit Dispersion nach

${displaystyle {frac {k^{2}c^{2}}{omega ^{2}}}=1-{frac {omega _{pe}^{2}}{(omega pm omega _{ce}) (omega mp omega _{ci})}}}$

in welchem ${displaystyle omega_{ce}=eB/m_{e}}$ und ${displaystyle omega_{ci}=ZeB/m_{i}}$ das Zyklotronfrequenzen bestehen aus Elektronen und Ionen. ${displaystyle Ze}$ und ${displaystyle m_{i}}$ seine Ionenladung und Masse. Die Welle im Uhrzeigersinn wird gedämpft, wenn ${displaystyle omega ungefähr omega_{ce}}$ und die links abbiegende Front ${Anzeigestil Omega ungefähr Omega _{ci}}$. Für niedrige Frequenzen ${displaystyle omega ll omega _{ci}}$ vereinfacht diese Dispersionsrelation zu

${displaystyle k^{2}c^{2}/omega ^{2}=1 ho /(epsilon _{0}B^{2})}$,

mit ${displaystyle ho =m_{i}n_{e}/Z}$ die Plasmamassendichte. Dies ist das Alfvengolf.

Siehe auch Standardwerke wie^[1] zur Ausbreitung unter einem Winkel zum B-Feld.

Die Bewegung eines inhomogenen Plasmas mit Dichte-, Druck- und B-Feldgradienten ist sehr kompliziert. Normalerweise ist das Plasma instabil, weil unter der Vielzahl möglicher Wellenbewegungen eine oder mehrere wachsende Wellen auftreten.

Referenz