Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023040181“Ideality” of a “Nonideal” Plasma"Идеальность" "неидеальной" плазмыKhomkinA. LХомкинА. Л khomkin_a_l_noemail@ras.ruShumikhinA. SШумихинА. С shumikhin_a_s_noemail@ras.ruОбъединённый институт высоких температур Российской академии наукJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of SciencesОбъединённый институт высоких температур Российской академии наукJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences010420231634609616

Two chemical models of the plasma, which describe the mixture of free electrons, ions, and atoms, are derived using identity transformations based on the equation of state of the “physical” model of the plasma, in which an interacting mixture of electrons and nuclei (protons) us considered. These chemical models satisfy Onsager’s bookkeeping rule (the equation of state is independent on the position of the bookmark, viz., the boundary separating free and bound states). The effect of excited states of an atom on the equation of state and ionization equilibrium is analyzed. It is concluded that the contribution of the Debye attraction in traditional “chemical” models is overestimated. The relations obtained for the ionization potential lowering and the equations of state differ significantly from the generally accepted expressions and explain qualitatively the experimentally observed effect of “ideality” of a nonideal plasma.

На основе уравнения состояния «физической» модели плазмы, в которой рассматривается взаимодействующая смесь электронов и ядер (протонов), выведены путем тождественных преобразований две химические модели плазмы, описывающие смесь свободных электронов, ионов и атомов. Полученные химические модели удовлетворяют правилу «книжной закладки» Онзагера - уравнение состояния не зависит от положения закладки - границы, разделяющей свободные и связанные состояния. Выполнено исследование влияния возбужденных состояний атома на уравнение состояния и ионизационного равновесия. Сделан вывод о завышенном вкладе дебаевского притяжения в традиционных «химических» моделях. Полученные соотношения для снижения потенциала ионизации и уравнения состояния существенно отличаются от общепринятых выражений и качественно объясняют наблюдаемый в экспериментах эффект «идеальности» неидеальной плазмы.

В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, И. Т. Якубов, Физика неидеальной плазмы, Физматлит, Москва (2010).В. Е. Фортов, А. А. Леонтьев, А. Н. Дремин, В. К. Грязнов, ЖЭТФ 71, 225 (1976).В. А. Сеченов, Э. Е. Сон, О. Е. Щекотов, ТВТ 15, 411 (1977).А. В. Бушман, Б. А. Ломакин, А. В. Сеченов, В. Е. Фортов, О. Е. Щекотов, И. И. Шарипджанов, ЖЭТФ 69, 1624 (1975).А. Т. Кунавин, А. В. Кириллин, Ю. С. Коршунов, ТВТ 12, 1302 (1974).И. Я. Дихтер, В. А. Зейгарник, ТВТ 15, 471 (1977).И. Я. Дихтер, В. А. Зейгарник, ТВТ 15, 196 (1977).Г. Э. Норман, А. Н. Старостин, ТВТ 8, 413 (1970).В. К. Грязнов, М. В. Жерноклетов, В. Н. Зубарев, И. Л. Иосилевский, В. Е. Фортов, ЖЭТФ 78, 573 (1980).P. Debye and E. Hu¨ckel, Phys. Z. 24, 185 (1923).Л. П. Кудрин, Статистическая физика плазмы, Атомиздат, Москва (1974).L. Onsager, in Proc. of the Conference on Electrochemistry, Montpellier, France (1998).А. А. Веденов, А. И. Ларкин, ЖЭТФ 36, 1139 (1959).W. Ebeling, W. D. Kraeft, and D. Kremp, Theory of Bound States and Ionization Equilibrium in Plasmas and Solids, Akademie-Verlag, Berlin (1976).Ю. Г. Красников, ЖЭТФ 33, 516 (1977).А. Н. Старостин, В. К. Рерих, ЖЭТФ 127, 186 (2005).В. Е. Фортов, Б. Н. Ломакин, Ю. Г. Красников, ТВТ 9, 869 (1971).W. Ebeling and S. Hilbert, Eur. Phys. J. D 20, 93 (2002).W. Ebeling, S. Hilbert, and H. Krienke, J. Mol. Liq. 96-97, 409 (2002).O. Theimer and T. Wright, Phys. Rev. 180, 308 (1969).В. С. Воробьев, А. Л. Хомкин, Физика плазмы 3, 885 (1977).А. Л. Хомкин, И. А. Муленко, TBT 41, 327 (2003).W. Ebeling and G. P. Bartsch, Beitr. Plasmaphys. 5, 393 (1971).W. Ebeling and R. S¨andig, Ann. der Phys. 28, 269 (1973).W. Ebeling, H. Reinholz, and G. R¨opke, Contrib. Plasma Phys. 61, e202100085 (2021).A. A. Ликальтер, ЖЭТФ 56, 240 (1969).W. Dappen, D. Mihalas, D. G. Hummer, and B. W. Mihalas, Astrophys. J. 332, 261 (1988).И. А. Муленко, А. Л. Хомкин, А. С. Шумихин, ТВТ 42, 835 (2004).A. A. Ликальтер, УФН 170, 831 (2000).