Plasmadynamik

Plạsmadynamik,

 

Teilgebiet der Plasmaphysik, das sich mit der Beschreibung der Bewegungs- und Nichtgleichgewichtsvorgänge in Plasmen unter der Einwirkung innerer und äußerer Kräfte befasst. Dabei sind neben den Transporterscheinungen, wie sie auch in Gasen (Diffusion, innere Reibung, Wärmeleitung) und in elektrischen Leitern (elektrische Leitung) auftreten, ähnlich wie in Elektrolyten zusätzlich charakteristische Erscheinungen (z. B. die ambipolare Diffusion) zu behandeln, die auf der Wirkung innerer und äußerer elektromagnetischer Felder beruhen. Außerdem wird durch das Zusammenwirken der bis auf Stöße weitgehend frei beweglicher Ladungsträger eine Abschirmung der Coulomb-Wechselwirkung zwischen ihnen hervorgerufen sowie das Auftreten von Plasmaschwingungen bewirkt.

 

Wegen der ungeheuren Vielzahl der Plasmateilchen erfordert die theoretische Beschreibung eines Plasmas die Heranziehung von Methoden der statistischen Mechanik beziehungsweise kinetischen Gastheorie (kinetische Plasmatheorie). Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass sich die Massen der Ladungsträger (Elektronen und Ionen) um mehr als den Faktor 1 000 unterscheiden und deshalb die leichten Elektronen wesentlich »beweglicher« auf alle an den Ladungen angreifenden Felder und Kräfte reagieren. Die elektrischen Ströme wie auch die elektrische Leitfähigkeit im Plasma werden daher fast vollständig durch die Elektronengesamtheit bestimmt. Andererseits wird aber z. B. die Bewegung eines Plasmavolumens als Ganzes durch die träge Masse seiner Ionen festgelegt. Die resultierenden Gleichungen sind die magnetohydrodynamischen Gleichungen des Plasmas (Magnetohydrodynamik), die die makroskopischen Kenngrößen wie Dichte, Massengeschwindigkeit, Stromdichte, Temperatur und Druck mit den Größen des elektromagnetischen Feldes verknüpfen; durch ihre Lösungen werden Erscheinungen wie die magnetohydrodynamischen Wellen oder der Pincheffekt beschrieben.