Верхнее гибридное колебание

В физике плазмы верхнее гибридное колебание — мода колебаний намагниченной плазмы . Он состоит из продольного движения электронов перпендикулярно магнитному полю с законом дисперсии

$\omega ^{2}=\omega _{pe}^{2}+\omega _{ce}^{2}+3k^{2}v_{\mathrm {e,th} }^{2}$,

где (в единицах cgs )

$\omega _{pe}=(4\pi n_{e}e^{2}/m_{e})^{1/2}$

— электронная плазменная частота ,

$\omega _{ce}=eB/{m_{e}c}$

– электронная циклотронная частота .

Это колебание тесно связано с плазменными колебаниями , обнаруженными в незамагниченной плазме или параллельно магнитному полю, где член ω _pe за электростатической кулоновской восстанавливающей силы, а член 3 k²v возникает из - e _,th² возникает из-за восстанавливающей силы электрона. давление. В верхнем гибридном колебании имеется дополнительная возвращающая сила, обусловленная силой Лоренца . Рассмотрим плоскую волну , в которой все возмущенные величины изменяются как exp( i ( kx -ω t )). Если смещение в направлении распространения равно δ _x , то

$v_{x}=-i\omega \delta$

$f_{y}=nev_{x}B_{z}/c=-i\omega (neB_{z}/c)\delta$

$v_{y}=-f_{y}/i\omega nm=(eB_{z}/mc)\delta$

$f_{x}=-nev_{y}B_{z}/c=-(nm)(eB_{z}/mc)^{2}\delta$

$a_{x}=-\omega _{ce}^{2}\delta$

Таким образом, перпендикулярное магнитное поле эффективно обеспечивает гармоническую восстанавливающую силу с частотой ω _ce , объясняя третий член в дисперсионном уравнении. Орбиты частиц (или траектории жидкости) представляют собой эллипсы в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, вытянутые в направлении распространения.

Частота длинноволновых колебаний представляет собой «гибрид» или смесь электронных плазменных и электронных циклотронных частот.

$\omega _{h}^{2}=\omega _{pe}^{2}+\omega _{ce}^{2}$,

и известна как верхняя гибридная частота . Существуют также более низкие гибридные частоты и более низкие гибридные колебания .

При распространении под углами, наклоненными к магнитному полю, одновременно существуют две моды. Если плазменная частота выше циклотронной, то верхнее гибридное колебание непрерывно трансформируется в плазменное колебание. Частота другой моды варьируется между циклотронной частотой и нулем. В противном случае частота моды, связанной с верхним гибридным колебанием, остается выше циклотронной частоты, а частота моды, связанной с плазменным колебанием, остается ниже плазменной частоты. В частности, частоты определяются выражением

$\omega ^{2}=(1/2)\omega _{h}^{2}\,\left(1\pm {\sqrt {1-\left({\frac {\cos \theta }{\omega _{h}^{2}/2\omega _{c}\omega _{p}}}\right)^{2}}}\right)$

См. также

• Плазменные колебания
• Нижняя гибридная осцилляция

Для вывода закона дисперсии ионно-циклотронных волн в квантовой плазме мы используем такие параметры квантовой плазмы, как температура Ферми, давление и компенсирующая длина волны Деброля в квантовой плазме.