ionipaineiden

Ionipaineet ovat ionisoidussa aineessa esiintyviä painearvoja, jotka johtuvat ionien kineettisestä energiasta. Ne muodostavat osan plasman kokonaispaineesta, johon kuuluvat myös elektronien paine sekä magneettinen paine. Ionipaineet voivat olla isotrooppisia tai anisotropisia magneettisen kentän vaikutuksesta.

Jos ionijakauma on Maxwellin kaltainen ja paineet ovat isotrooppisia, ionipaine on P_i = n_i k_B T_i, missä n_i on ionien tiheys ja T_i ionin lämpötila. Ionipaineen gradientit vaikuttavat plasman dynamiikkaan ja sisältyvät magneettiseen hydrodynamiikkaan painegradienttien muodossa, jotka vaikuttavat virtausnopeuksiin ja energian siirtoon.

Magnetoituneissa plasmoissa ionipaine voi olla anisotrooppinen: P_i,⊥ ja P_i,∥, joissa P_i,⊥ on paine kohtisuorassa magneettisuuntaan ja P_i,∥ paine magneettikentän suuntaan. Anisotropia voidaan kuvata paineen osien erosta ja se tunnetusti voi johtaa instabiliteetteihin, kuten firehose- tai mirror-tiloihin, vaikuttaen plasman vakauteen ja energiansiirtoon.

Ionipaineen arviointi pohjaa ionin lämpötilan ja tiheyden mittauksiin sekä magneettikentän tuntemukseen. Yleinen mittari on beta_i = P_i /(B^2 /(2 μ0)), joka mittaa ionipaineen suhteellista merkitystä magneettiseen paineeseen.

Sovelluksissa ionipaineet ovat keskeisiä fuusio­laitteiden vakaudelle, erityisesti tokamak- ja muissa kiinnittyissä plasmaprosesseissa, sekä avaruus- ja astroplasmoissa, joissa ne vaikuttavat energiansiirtoon ja laajojen plasmaprosessien dynamiikkaan.

---