نمایش مبدأ برای امواج در پلاسما

در [[پلاسما (فیزیک)|فیزیک پلاسما]]، '''امواج در پلاسما''' مجموعه‌ای از ذرات و میدان‌های به‌هم پیوسته هستند که به شکلی دوره‌ای و تکرارشونده انتشار می‌یابند. [[پلاسما (فیزیک)|پلاسما]] یک [[سیال]]ِ [[پلاسما (فیزیک)|شبه‌خنثی]] و [[رسانای الکتریکی|رسانا]] است. در ساده ترین حالت، پلاسما از [[الکترون]] و یک گونه [[یون]] مثبت تشکیل شده است، اما در حالت کلی ممکن است حاوی گونه‌های متعدد یونی از جمله یون‌های منفی و همچنین ذرات خنثی باشد. با توجه به [[مقاومت ویژه و رسانندگی الکتریکی|رسانندگی الکتریکی]] در بعضی پلاسماها، پلاسما می‌تواند با [[میدان مغناطیسی|میدان‌های]] [[میدان الکتریکی|الکتریکی]] و [[میدان مغناطیسی|مغناطیسی]] کوپل شود. این مجموعه ذرات و میدان‌ها، طیف گسترده‌ای از پدیده‌های [[موج|موجی]] را پشتیبانی کند.  

== حالت‌های موج ==
در خلأ فقط یک حالت موجیِ [[موج الکترومغناطیسی]] با  <math>\omega/k=c</math> و مولفه‌های میدانی E و B عمود بر [[بردار موج]] k وجود دارد در حالی که در هوا دو حالت موجیِ موج الکترومغناطیسی و [[موج صوتی|صوتی]] منتشر می‌شود و در پلاسما دو دسته حالت موجیِ موج الکترومغناطسی و موج الکترواستاتیکی می‌توانند انتشار یابند. در هوا امواج صوتی از طریق برخورد منتشر می‌شوند درحالی که در پلاسما این برخوردها حاصل میدان‌های الکتریکی موج هستند.

با توجه به اینکه در پلاسما سرعت فازِ موج هم به [[بسامد]] و هم به زاویه‌ی [[انتشار موج]] نسبت به میدان مغناطیسی زمینه بستگی دارد حالت‌های موجی زیادی در پلاسما می‌توانند انتشار یابند.

== اصطلاحات و طبقه‌بندی‌ها ==
با توجه به وجود یا عدم وجود میدان مغناطیسیِ نوسان‌کننده، موج در پلاسما می‌تواند به‌صورت موج '''الکترومغناطیسی''' یا موج '''الکترواستاتیک''' طبقه‌بندی شود. با به‌کار گرفتن [[قانون القای فارادی]] در [[موج تخت|امواج تخت]]، به <math>\mathbf{k}\times\tilde{\mathbf{E}}=\omega\tilde{\mathbf{B}}</math> دست می‌یابیم، که یعنی موج الکترواستاتیک باید کاملاً [[موج طولی|طولی]] باشد. ولی یک موج الکترومغناطیسی می‌بایستی یک مؤلفه‌ی [[موج عرضی|عرضی]] داشته باشد که همراه آن ممکن است تا حدودی مؤلفه‌ی طولی نیز وجود داشته‌باشد. 

در مرحله‌ی بعدی، امواج می‌توانند با '''گونه‌های نوسان‌کننده''' نیز [زیر]طبقه‌بندی شوند. در بیشتر پلاسماهای مورد بحث، دمای الکترونی بیشتر از دمای یونی یا درحد آن است. درنتیجه با توجه به اینکه جرم الکترون‌ها بسیار کمتر از یون‌هاست، پس سرعت حرکت بسیار بیشتری از آن‌ها دارند.   

اگر '''الکترون'''ها '''گونه‌ی نوسان کننده''' در نظر گرفته شوند، با توجه به جرم بسیار بیشترِ یون‌ها، یون‌ها ثابت و بی‌حرکت تصور می‌شوند. ولی اگر '''یون'''ها '''گونه‌ی نوسان کننده''' در نظر گرفته شوند، الکترون‌ها بی‌وزن فرض می‌شوند و به‌صورت جداگانه با رابطه‌ی بولتزمن توزیع می‌شوند. در حالت‌های نادری نیز مثل [[:en:Lower_hybrid_oscillation|نوسان هیبرید پایین]]، هم جرم یون‌ها و هم الکترون‌ها درنظر گرفته می‌شوند. 

این زیرطبقه‌بندی‌ها هم می‌توانند با توجه به محیط پلاسمایی که موج در آن منتشر می‌شوند طبقه‌بندی شوند. طبقه‌بندی‌هایی شامل: پلاسمای '''غیر مغناطیده''' یا پلاسماهایی که دارای میدان‌های مغناطیسیِ ثابتِ '''موازی'''، '''عمود''' یا '''مورب''' باشند. در نهایت برای امواج الکترونیِ الکترومغناطیسی عمود، میدان الکتریکی آشفته شده می تواند موازی یا عمود بر میدان مغناطیسی ثابت باشد. 

'''خلاصه‌ای از امواج ابتدایی پلاسما:'''
{| class="wikitable"
!شاخصه‌ی الکترومغناطیسی
!گونه‌ی نوسان‌کننده
!شرایط
![[رابطه پاشش|رابطه‌ی پاشندگی]]
!نام موج
|-
| rowspan="5" |الکترواستاتیکی
| rowspan="2" |الکترون‌ها
|<math>\vec B_0=0\ {\rm or}\ \vec k\|\vec B_0</math>
|<math>\omega^2=\omega_p^2+3k^2v_{th}^2</math>
|[[نوسان پلاسما]] (یا موج لانگ‌مویر، یا پلاسمون)
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0</math>
|<math>\omega^2=\omega_p^2+\omega_c^2=\omega_h^2</math>
|[[:en:Upper_hybrid_oscillation|نوسان هیبرید بالا]]
|-
| rowspan="3" |یون‌ها
|<math>\vec B_0=0\ {\rm or}\ \vec k\|\vec B_0</math>
|<math>\omega^2=k^2v_s^2=k^2\frac{\gamma_eKT_e+\gamma_iKT_i}{M}</math>
|[[:en:Ion_acoustic_wave|امواج آکوستیک یونی]]
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0</math> (nearly)
|<math>\omega^2=\Omega_c^2+k^2v_s^2</math>
|[[:en:Electrostatic_ion_cyclotron_wave|موج سیکلوترون یونی الکترواستاتیک]]
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0</math> (exactly)
|<math>\omega^2=[(\Omega_c\omega_c)^{-1}+\omega_i^{-2}]^{-1}</math>
|[[:en:Lower_hybrid_oscillation|نوسان هیبرید پایین]]
|-
| rowspan="8" |الکترومغناطیسی
| rowspan="5" |الکترون‌ها
|<math>\vec B_0=0</math>
|<math>\omega^2=\omega_p^2+k^2c^2</math>
|[[موج الکترومغناطیسی]]
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0,\ \vec E_1\|\vec B_0</math>
|<math>\frac{c^2k^2}{\omega^2}=1-\frac{\omega_p^2}{\omega^2}</math>
|[[:en:Electromagnetic_electron_wave#O_wave|موج O]]
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0,\ \vec E_1\perp\vec B_0</math>
|<math>\frac{c^2k^2}{\omega^2}=1-\frac{\omega_p^2}{\omega^2}\,
\frac{\omega^2-\omega_p^2}{\omega^2-\omega_h^2}</math>
|[[:en:Electromagnetic_electron_wave#X_wave|موج X]]
|-
|<math>\vec k\|\vec B_0</math> ([[:en:Polarization_(waves)|right circ. pol.]])
|<math>\frac{c^2k^2}{\omega^2}=1-\frac{\omega_p^2/\omega^2}{1-(\omega_c/\omega)}</math>
|[[:en:Electromagnetic_electron_wave#R_wave_and_L_wave|موج X]] 
(مود ویستلر)
|-
|<math>\vec k\|\vec B_0</math> ([[:en:Polarization_(waves)|left circ. pol.]])
|<math>\frac{c^2k^2}{\omega^2}=1-\frac{\omega_p^2/\omega^2}{1+(\omega_c/\omega)}</math>
|[[:en:Electromagnetic_electron_wave#R_wave_and_L_wave|موج L]]
|-
| rowspan="3" |یون‌ها
|<math>\vec B_0=0</math>
|
| --
|-
|<math>\vec k\|\vec B_0</math>
|<math>\omega^2=k^2v_A^2</math>
|[[:en:Alfvén_wave|موج آلفوِن]]
|-
|<math>\vec k\perp\vec B_0</math>
|<math>\frac{\omega^2}{k^2}=c^2\,
\frac{v_s^2+v_A^2}{c^2+v_A^2}</math>
|[[:en:Magnetosonic_wave|موج مگنتوسونیک]]
|}
<math>\omega</math> - [[:en:Frequency#Frequency_of_waves|بسامد موج]], <math>k</math> - [[:en:Wave_number|عدد موج]], <math>c</math> - [[:en:Speed_of_light|سرعت نور]], <math>\omega_p</math> - [[:en:Plasma_frequency|بسامد پلاسما]], <math>\omega_i</math> -  [[:en:Plasma_frequency|بسامد پلاسمای یون]], <math>\omega_c</math> - [[:en:Plasma_parameters|بسامد طبیعی گردش یون]], <math>\Omega_c</math> - [[:en:Plasma_parameters|بسامد طبیعی گردش فوتون]], <math>\omega_h</math> - [[:en:Upper_hybrid_oscillation|بسامد هیبرید بالا]], <math>v_s</math> - [[:en:Speed_of_sound#Speed_in_plasma|سرعت صوت در پلاسما]], <math>v_A</math> - [[:en:Alfvén_velocity#Alfv.C3.A9n_velocity|سرعت آلفوِن پلاسما]] 

== منابع ==

*سوانسون، DG ''Plasma Waves'' (2003). نسخه دوم
* [[توماس اچ. استیکس|استیک، توماس هوارد]] . ''امواج در پلاسما'' (1992). 
*Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion

== جستارهای وابسته ==
* [[مگنتوهیدرودینامیک|امواج مغناطیسی هیدرودینامیکی]] 
* معادله اپلتون-هارتلی 
* [[پلاسمون]] 
* [[تشدید پلاسمون سطحی|رزونانس سطح پلاسمون]] 
* امواج (جونو) (ابزار فضاپیما در مدار [[سیاره مشتری|مشتری]]) 

[[رده:امواج در پلاسما]]