plasmafrequentie

Plasmafrequentie, ook wel plasmapenetreerfrequentie genoemd, is de natuurlijke oscillerende frequentie van de elektronen in een plasma ten opzichte van de zwaarste deeltjes, meestal de ionen. Het begrip komt voort uit de klassieke analyse van een homogene, niet-gazgeleid plasma waarin de elektronen zich als een elastische luchtwolk verhouden ten opzichte van de relatief stille ionen. Deze oscillatie wordt voorspeld door de Maxwell‑Maxwell‑Boltzmann‑vergelijkingen en leidt tot een eenvoudige relatie voor de plasmafrequentie \u03c9p, \u03c9p = \u221a ( n_e e^2 / ( \u03b5_0 m_e ) ), waarbij n_e het elektronendichtheid is, e de elementaire lading, m_e de electronenmassa en \u03b5_0 de elektrische constant. In SI‑eenheden is \u03c9p typisch uitgedrukt in rad/s; in de ruimtevaart- en radio‑communicatie klinkt het vaak als een grensfrequentie in Hz of MHz.

De plasmafrequentie fungeert als drempel: elektromagnetische golven met frequenties lager dan \u03c9p kunnen niet in het plasma voortplanten en worden in de plasmaschicht weerkaatst. Dit is een fundamentele rol in de communicatie met ruimtevaartuigen in de ionosfeer, waar de lage frequenties van radiogolven worden beperkt door de atmosfeer. Tegelijkertijd geeft een hoge plasmafrequentie een indicatie van een dicht en warm plasma, zoals voorgevallen in zonnewind- en magnetosfeer‑onderzoek. In de energietransformatorplantsoorten, zoals tokamaks, wordt de plasmafrequentie gebruikt als een snelle indicatie voor de stroomsnelheid van de elektronengas en de effectiviteit van magnetwaarden onder stroming.

Naast de grensfunctie dient de plasmafrequentie ook als diagnostische tool. Door de resonantie van elektromagnetische fundamentele thema's in een probeertemperatuurberekening kunnen wetenschappers de dichte van het plasma tot exponentieel lager beheersen. Tenslotte vormt de plasmafrequentie een sleutelparameter in de theorie van plasma‑antie de datische reactie en collectiviteit, waardoor het één van de meest gebruikte concepten is in zowel kwantitatieve als experimentele plasma‑wetenschappen.