106288

Stan plazmy ustala się w wyniku rozdziału dostarczanej energii (np. energia nabywana w polu elektrycznym źródła plazmy) na różne rodzaje energii i między różne rodzaje cząstek. Rozdział ten odbywa się poprzez zderzenia, sprężyste i niesprężyste, głównie elektronów z innymi cząstkami plazmy. Przy odpowiednio dużej prędkości wymiany energii na drodze zderzeń różnych cząstek tworzących plazmę (czemu sprzyja np. wysokie ciśnienie i duża gęstość elektronów) powstają warunki do osiągnięcia stanu w którym wszystkie procesy, za wyjątkiem procesów spontanicznej emisji i absorpcji promieniowania, są równoważone przez procesy do nich odwrotne. Plazma zbliża się w ten sposób do osiągnięcia równowagi termodynamicznej. Można wówczas założyć, że stan plazmy opisują prawda mechaniki statystycznej:

-    prędkości wszystkich rodzajów cząstek są opisane rozkładem Maxwella; średnia energia kinetyczna wszystkich cząstek jest jednakowa,

-    rozkład populacji stanów wzbudzonych jest określony rozkładem Boltzmanna,

-    relacje między koncentracjami atomów w kolejnych stanach jonizacji określa prawo Saha-Eggerta,

-    koncentracje reagentów w reakcjach chemicznych opisuje prawo Guldberga-Waagego,

a temperatury występujące w powyższych zależnościach są jednakowe, wspólne dla wszystkich rodzajów cząstek. Temperatura jest wówczas podstawowym parametrem kontrolującym szereg własności plazmy.

W rzeczywistości, żadna realna plazma nie jest układem zamkniętym i izolowanym od otoczenia. Oddziaływania z otoczeniem a także np. gradienty pola elektrycznego w źródle plazmy powodują niejednorodność przestrzenną plazmy. Oznacza to, że w praktyce, nawet jeśli zachodzi opisany wyżej przypadek równowagi, dotyczy on określonego elementu objętości plazmy i stąd nazwa - lokalna równowaga termiczna, opisywana przez lokalną temperaturę T(xy,z,).

Plazmę w stanie zbliżonym do LRT można otrzymać w stałoprądowym wyładowaniu łukowym bądź w plazmotronach wielkiej częstotliwości, pod wysokimi ciśnieniami. Jednak, przy ciśnieniach niższych od atmosferycznego, temperatura elektronów powiązana z ich średnią energią kinetyczną zależnością

m_ev_e² /2 = 3kT_e/2    (1)

jest zwykle znacznie wyższa od temperatury ciężkich cząstek plazmy (atomów, jonów, cząsteczek) Th, zdefiniowanej analogicznie (m oznacza masę, a V - średnią prędkość cząstek).