احلال التوازن الحراري

في البلازما المتخلخلة يمكن ان تكون سرع و طاقات الجسيمات لفترة ملحوظة موزعة بشكل غير متجانس. ويبقى الفرق محفوظا ولمدة طويلة بين الطاقات الوسطية لكل من الايونات والالكترونات بحيث انه غالبا ما يلجأ الى وصف نفس البلازما بدرجتي حرارة مختلفتين هما : درجة الحرارة الايونية T_i ودرجة حرارة الالكترونات T_e ويحصل التوازن الحراري في كل نقطة من الفراغ كنتيجة للتغيرات العشوائية في السرع.

ويدعى الزمن اللازم لاحلال التوازن بزمن الاسترخاء. ولابد من التفريق بين ثلاثة ازمنة استرخاء معروفة. الاسرع من بينها هو احلال التوزع المتوازن للسرع بين الالكترونات . يرمز لزمن احلال هذا التوازن بالرمز _eτ وهذا الزمن اكبر بعدد كبير من المرات بالمقارنة مع زمن احلال التوزع المتوازن للسرع بين الايونات . ويرمز لهذا الزمن الاخير بالرمز _i τ​ واما الزمن الاطول من هذين الزمنين فهو الزمن اللازم لتبادل الطاقة بين الالكترونات والايونات كي تتساوى درجتا حرارة الالكترونات والايونات. والزمن اللازم لذلك يرمز له بالرمز _eiτ وعند تساوي درجات الحرارة النهائية ترتبط هذه الازمنة فيما بينها بالعلاقتين :

اذا ما حضرت البلازما بشكل ما لا متوازن فانه خلال زمن اصغر من _e τ​ يصبح مفهوم درجة الحرارة من اجلها وبشكل عام غير ذي معنى فاذا ما انقضى زمن اكبر من τ_e ولكن اصغر من _iτ فانه يمكن الحديث وقتها عن درجة حرارة الالكترونات لا عن درجة حرارة الايونات وخلال زمن اكبر من _iτ واصغر من _ei τ يكون من المفيد الحديث عن درجتي حرارة مختلفتين هما درجتا الحرارة الالكترونية والايونية ولكن بعد انقضاء زمن اكبر من الزمن_ei  τ يصبح للبلازما درجة حرارة واحدة محدودة.

يمكن تقدير قيم ازمنة الاسترخاء من علاقة زمن التصادم اي:

اذا ما تم اخذ المقطع الكولوني عوضا عن Q والسرعة التربيعية الوسطية للحركة الحرارية عوضا عن v فان :

حيث T درجة الحرارة مقدرة بوحدات الطاقة وتؤخذ قيمة السرعة v من اجل حالة التوازن لان هذه الحالة تعتبر نهائية لعملية الاسترخاء ويعطي الحساب الدقيق قيمة لازمنة الاسترخاء اقل بثمان مرات مما يعطيه التقدير المجرى اي :

من هنا ينتج :

عند تصادم الكترون وايون يتم تبادل جزء صغير من الطاقة بينهما هو من مرتبة كتلتيهما m / M وهذا عائد للفرق الكبير بين الكتلتين لهذا السبب يعبر عن زمن احلال التوازن الحراري بين الالكترونات والايونات بالعلاقة :

اذا وجدت في البلازما ايونات احادية الشحنة فقط فان الزمن _i τ سيكون اكبر من  _eτ بمقدار  وكذلك _eiτ سيكون اكبر من _iτ بنفس النسبة ايضا.