plasmadichtheid

Plasmadichtheid is het aantal geladen deeltjes per kubieke meter in een plasma. Meestal wordt de electronendichtheid n_e gebruikt, terwijl n_i de ionendichtheid is; in veel plasmas geldt quasi-neutraliteit, waardoor n_e ≈ n_i. Plasmadichtheid is een fundamentele maat voor de toestand en dynamica van een plasma, beïnvloedt hoe verstoringen zich voortplanten en hoe elektronen en ionen bewegen onder invloed van elektromagnetische velden.

De eenheid is m^-3 (veelal ook uitgedrukt in cm^-3 in astrofysica). De densities variëren over vele orden van grootte, van ongeveer 10^4 tot meer dan 10^20 m^-3, afhankelijk van het type plasma, zoals ruimte-, laboratorium- of fusieplasma’s.

De massadichtheid ρ van een plasma is grotendeels bepaald door de ionen: ρ ≈ n_i m_i, aangezien de massa van elektronen verwaarloosbaar is in vergelijking met de ionmassa. Zo is ρ gerelateerd aan plasmadichtheid via de ionenconstante. Deze relatie geldt vooral in volledig of bijna volledig geïoniseerd plasma.

Belangrijke gerelateerde parameters zijn de plasmafrequentie ω_p = sqrt(n_e e^2/(ε0 m_e)) en de Debye-lengte λ_D = sqrt(ε0 k_B T_e /(n_e e^2)). Zowel ω_p als λ_D hangen af van de plasmadichtheid en bepalen hoe elektrische velden en temperatuurfysische verschijnselen in het plasma optreden.

Toepassingen van plasmadichtheid omvatten diagnostiek en modellering in laboratoriumplasma’s, ruimtefysica en industriële plasmaprocessen, waar nauwkeurige meting van n_e cruciaal is voor begrip en controle van plasmasystemen.