Kollisjonsaticitet

Kollisjonsaticitet er et begrep som beskriver hvor hyppige kollisjoner mellom partikler i et system er i forhold til andre relevante tidsmessige skaler i samme system. Begrepet brukes særlig innen plasmafysikk, men også i astrofysikk og faststofffysikk for å uttrykke graden av kollisjonspreget versus kollisjon-fri adferd i transport og dynamikk. En høy kollisjonsaticitet tilsier at partiklene ofte kolliderer og oppfører seg mer som et fluid, mens lav kollisjonsaticitet indikerer at kinetiske effekter og mønstre i partikkelfordelingen blir vesentlige.

I praksis defineres kollisjonsaticitet ofte som forholdet mellom en kollisjonsfrekevens (ν) og en karakteristisk frekvens i systemet (for eksempel den termiske transittfrekvensen eller den relevante sirkulasjons- eller gyrofrekvensen). På denne måten gir kollisjonsaticiteten en dimensjonsløs størrelse som skiller mellom kollisjonstunge og kollisjonsløse regime: høye verdier peker mot fluiddynamisk oppførsel, lave verdier mot kinetisk oppførsel.

Kollisjonsfrekvensen ν avhenger av partikkelengde, tetthet og temperatur, samt ladninger og Coulomb-logaritmen ln Λ. For elektroner i et fullt ionisert plasma har ν_ei en typisk avhengighet som skalerer med n_e, Z^2, ln Λ og temperaturet, ofte uttrykt i forenklede former som ν_ei ∝ n_e Z^2 ln Λ / T_e^{3/2}. ln Λ er Coulomb-logaritmen og er vanligvis av størrelsesorden 10–20 i mange plasmas.

Anvendelser av kollisjonsaticitet omfatter studier av transport i tokamaker og andre fusjonsplasmaer, hvor regimet (kollisjonstungt eller kollisjonsløst) påvirker teore­tiske modeller og praksis, samt analyse av romplasmaer som solvinden der kollisjoner er sjeldne og kinetiske effekter dominerer.