デバイの長さ

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デバイ長

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デバイ長（デバイちょう、英: Debye length）とは、プラズマ中でそれを構成する荷電粒子が動いて電場を遮蔽する現象（デバイ遮蔽）において、その遮蔽が有効になる長さのスケールのことを言う。言い換えればプラズマ中でもこの長さより小さいスケールでは電場によりイオンと電子を分けて電荷分布を生み出すことが出来、電気的中性が保証されない。1923年にオランダの物理化学者ピーター・デバイとドイツの物理化学者エーリヒ・ヒュッケルによって強電解質溶液について論じられた概念で、現在ではプラズマに拡張して適用されている^[1]。

デバイ距離やデバイ半径 (Debye radius) と呼ばれることもある。

物理

プラズマ中に局所的に外部電場が作用すると直ちに電流が流れ、局所的に電気的中性が破れて電荷が溜まる。この溜まった電荷はそれ自身でまた電場をつくり、それが最初の電場をうち消す。ところで荷電粒子は熱運動をしており、熱運動は電荷分布を一様にする方向に働く。その結果、最初の外部電場は部分的に打ち消されたかたちで残る。

例として点電荷 q を考える。真空中であればその点電荷のつくる電場はクーロンの法則に従う裾の長いクーロン場である。プラズマ中では、構成荷電粒子のうちその点電荷と反対符号の電荷がその周りに集まるが、それらの電荷が熱運動でその点電荷のを取り囲む形の電荷分布をつくることを考慮すると、ポアソン方程式を解くことで、次のポテンシャルから導かれる電場になることが分かる^[1]。

${\displaystyle q\phi (r)={\frac {q}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {1}{r}}\exp \left(-{\frac {r}{\lambda _{\mathrm {D} }}}\right)}$ この項目は、物理学に関連した書きかけの項目です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています（プロジェクト:物理学／Portal:物理学）。

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