Plasmaviskosität

Plasmaviskosität bezeichnet den Widerstand eines Plasmas gegen das Ausmaß von Scherung und damit die Fähigkeit, Impuls durch den Plasmaströmung zu übertragen. Sie ist das Äquivalent zur Viskosität in Gasen, erklärt sich aber aus wechselseitigen Coulombwechselwirkungen zwischen geladene Teilchen sowie aus kollektiven elektromagnetischen Effekten. In der Regel lässt sich die Viskosität durch Transportkoeffizienten ableiten, die sich aus der kinetischen Theorie ableiten lassen und von Temperatur, Teilchendichte, Ladung und dem Coulomb-Ln-Faktor abhängen.

In magnetisierten Plasmen ist die Viskosität anisotrop. Entlang des Magnetfeldes (parallele Viskosität) wirkt sie anders als senkrecht dazu (periphere Viskosität). Zusätzlich kommt eine Gyroviskosität aufgrund endlicher Larmorradien hinzu. Braginskii-Theorie liefert die Abschätzungen der Viskositätskoeffizienten in schwach gekoppelten, magnetisierten Plasmen und zeigt, wie sie von Temperatur, Dichte, Ionenladung und Feldstärkte beeinflusst werden. Typischerweise ist die parallele Viskosität größer als die Quervergleichsviskosität, weil die zyklotronische Bewegung die Quertransporte einschränkt.

In der Magnetohydrodynamik (MHD) erscheinen viscose Effekte im Spannungs-Tensor Piij, der die Momentumübertragung im Plasma beschreibt. Plasmen in Astrophysik-Umgebungen (z. B. Sonnenkorona, interstellare Medien, Akkretionsscheiben) sowie in Laborplasmen (Tokamaks, Laser-Plasma-Experimenten) werden durch Viskosität beeinflusst, insbesondere bei der Dämpfung von Scherstromen, der dissipativen Heating-Prozessen und der Stabilität von Strömungen. Während die klassische Viskosität nach Braginskii-Spitzer-Formeln oft ausreichende Orientierung bietet, können Turbulenz oder mikroinstabile Prozesse eine effektive Viskosität erhöhen, wodurch unerwartete heating- und Dissipationsmechanismen entstehen.