Затухание Ландау

Затухание Ландау (бесстолкновительное затухание волн в плазме) — затухание, обусловленное взаимодействием резонансных частиц с электромагнитными волнами, возникающими в плазме. Волна в плазме затухает по мере распространения, несмотря на отсутствие парных столкновений. Названо в честь первооткрывателя Л. Д. Ландау.

Качественное объяснение явления состоит в поглощении энергии волны электронами, которые движутся со скоростями, близкими к фазовой скорости волны — т. н. «резонансные» электроны. Такие электроны оказываются «заперты» в потенциальной яме периодического потенциала волны, чем и обусловлено значительное взаимодействие с волной.

Верхний график изображает распределение электронов по скоростям (в проекции на направление распространения волны) в бесстолкновительной плазме. Как видно, число «резонансных» электронов (заштрихованные полосы) со скоростями выше фазовой скорости волны [math]\displaystyle{ V_{ph} }[/math] меньше, чем со скоростями ниже [math]\displaystyle{ V_{ph} }[/math]. При прохождении волны более медленные частицы отбирают у неё энергию и ускоряются, а более быстрые, напротив, замедляются и сообщают дополнительную энергию волне (см. нижний рисунок). Вследствие упомянутого неравенства количества частиц с разными скоростями в общем балансе потеря энергии волной при взаимодействии с медленными частицами плазмы превышает «подкачку» энергии от более быстрых частиц, и в результате происходит ослабление волны.

Литература

• Арцимович Л. А., Сагдеев Р. З. Физика плазмы для физиков. — М.: Атомиздат, 1979. — С. 12—13.
• Чен Ф. Введение в физику плазмы. — М.: Мир, 1987. — С. 236—244.
• Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб.: Лань, 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1.