雙極性擴散

雙極性擴散（英語：Ambipolar diffusion）是等離子體的正負粒子在電場中由於相互作用等速遠離的擴散方式。等離子體的正負粒子濃度由於擴散作用而減小至原來的${\displaystyle \mathrm {1} {\mathsf {/}}e}$的所經過的距離稱作雙極性擴散長度（Ambipolar diffusion length）。理論上，它可以用公式表達為${\displaystyle L_{d}={\sqrt {D\tau }}}$，其中${\displaystyle D}$為雙極性擴散係數,${\displaystyle \tau }$為電子（空穴）的壽命。

真空中的雙極性擴散

在大多數等離子體中，作用在離子和電子上的力是不同的。因此，在擴散或者對流過程中，一種粒子總會以更快的速度遠離另一種粒子。

在不含磁場的真空中，等離子體的電子和離子都會各自以一定的速度向外進行熱運動。由於溫度是物體內分子間平均動能的一種表現形式，溫度高的粒子的熱運動速率大，反之，溫度低的粒子熱運動速率小。

由於電子有較高的溫度和較低的質量，它們的熱運動速度${\displaystyle {v_{e}\approx {\sqrt {k_{B}T_{e}/m_{e}}}}}$將會很大。當電子離開所處的位置時，帶正電荷的正離子就會落後，從而形成指向外部的電場。這個電場會在電子和正離子之間產生一個電場力。根據牛頓第三定律，這個力會使電子的速度減小，使離子速度增大。這個過程最終會達到一種穩定的狀態，即電子和粒子都會以比電子的熱運動的速率小而比離子的熱運動速率大的音速${\displaystyle {c_{s}}={\sqrt {{k_{B}}{T_{e}}/{m_{i}}}}}$向外運動。

天體物理學

在天體物理學中，雙極性擴散特指中性粒子從星系形成的等離子中解離。此時的中性粒子主要是星雲中的氫分子。如果沒有碰撞耦合形成等離子體，它們之間會發生引力坍縮作用。

延伸閱讀

• Mathematical analysis of ambipolar diffusion. [2011-02-07]. （原始內容存檔於2005-03-17） （英語）.