等离子体物理学PDF电子书下载

第一章 等离子体一般性质 1

1.1 什么是等离子体 1

等离子体是物质的第四态 1

等离子体中带电粒子的运动 2

集体现象 3

自然界与实验室中的等离子体 4

等离子体物理学研究方法 8

等离子体的独立参量 10

1.2 等离子体基本参量 10

朗道长度 11

粒子平均间距 11

经典条件与稀薄条件 12

德拜长度 13

等离子体频率 17

响应时间 19

数据图表 20

1.3 等离子体中粒子的碰撞 22

弹性碰撞与非弹性碰撞 22

动量和动能传递 24

偏转角 27

碰撞截面 30

等离子体中的库仑碰撞 33

弛豫时间 37

1.4 等离子体中的元过程 41

激发 41

电离 43

复合 47

电子附着 49

电荷交换 49

等离子体辐射 50

1.5 受控热核聚变 54

聚变反应 54

聚变功率密度 57

临界温度 59

劳逊判据 60

参考文献 61

2.1 带电粒子在均匀恒定磁场及附加非磁性力场中的运动 63

第二章 单粒子轨道理论 63

带电粒子在均匀恒定磁场中的运动 64

等离子体的抗磁性 67

附加均匀恒定非磁性力场的影响 68

2.2 带电粒子在非均匀磁场中的漂移 71

关于磁场非均匀性的描述 71

梯度漂移 77

曲率漂移 79

散度项的影响 81

漂移近似的数学处理 83

2.3 绝热不变量 89

μ是绝热不变量 90

磁镜效应 91

纵向不变量J、费米加速 94

磁通不变量Φ 97

拉格朗日表述和哈密顿表述 99

2.4 变化的电场对带电粒子运动的影响 108

恒定非均匀电场 108

随时间变化的电场、极化漂移 111

等离子体介电常数 112

2.5 带电粒子在环形磁场中的运动 114

仿星器 115

托卡马克 117

“香蕉”的漂移 123

参考文献 128

第三章 磁流体力学 130

3.1 流体力学 131

研究流体运动的两个基本方法 132

速度场 136

应力张量 140

基本方程 145

3.2 磁流体力学方程 150

运动导电流体内的准静态电磁场方程 150

磁力、磁应力 153

考虑电磁力的流体动力学方程 154

磁流体力学方程 157

3.3 完全电离等离子体的二流体方程、广义欧姆定律 158

3.4 感应方程：磁扩散和冻结 163

3.5 箍缩效应 169

平衡箍缩 169

动力箍缩 172

3.6 磁流体力学波 176

3.7 磁流体力学激波 183

磁流体力学激波方程 184

平行于磁场方向传播的稳态平面激波 189

垂直于磁场方向传播的激波 192

参考文献 194

第四章 等离子体的平衡 196

4.1 平衡方程 196

4.2 维里定理 199

4.3 各项异性压强等离子体的平衡 201

4.4 平衡位形的性质 204

4.5 平衡方程的另一种形式 轴对称系统的平衡方程 208

4.6 托卡马克中等离子体的平衡 212

压力平衡方程 212

磁面、极向磁场、柱位移的一般关系式 214

磁面上的极向场分布 219

平衡位形的磁场 224

参考文献 226

第五章 磁流体力学不稳定性 228

5.1 引言 228

等离子体不稳定性及分类 228

等离子体不稳定性的分析方法 230

5.2 电流不稳定性 231

“腊肠”不稳定性 231

扭曲不稳定性 232

5.3 瑞利-泰勒不稳定性 234

重力场中等离子体-磁场边界的不稳定性 234

磁力线弯曲引起的不稳定性 237

5.4 交换不稳定性 239

5.5 扰动方程 246

扰动方程 247

边界条件 249

简正模方法 251

5.6 能量原理 252

5.7 等离子体-磁场边界的稳定性 简正模分析 258

5.8 磁力线固结的稳定效应 265

5.9 气球模不稳定性 266

5.10 纵场中直线箍缩面电流等离子体柱的稳定性螺旋不稳定性 267

5.11 体电流分布直线箍缩等离子体柱的稳定性 274

萨德姆条件 279

m=0，m=1模 281

5.12 环形系统的稳定性 282

5.13 电阻不稳定性 284

电阻性交换(重力)不稳定性 285

电流对流不稳定性 287

撕裂不稳定性 289

参考文献 292

第六章 等离子体中的波(流体动力学理论) 296

6.1 色散关系(一般形式) 297

介电张量 299

色散关系 301

各项同性等离子体的色散关系 303

6.2 均匀各向同性等离子体中的振荡与波 304

电磁波 306

静电波 310

电子静电波 312

离子静电波 离子声波 313

6.3 磁场中“冷”等离子体的介电张量 色散关系 315

介电张量 315

色散关系 317

6.4 截止与共振 色散曲线 318

共振 319

截止 319

色散曲线 323

6.5 “冷”等离子体中平行于磁场方向传播的波 326

法拉第旋转 328

回旋波的截止与共振 329

6.6 “冷”等离子体中垂直于磁场方向传播的波 335

参考文献 339

第七章 动力论方程 341

7.1 玻耳兹曼方程 342

分布函数与统计平均值 342

动力论方程 343

玻耳兹曼碰撞项 344

玻耳兹曼方程的推论 347

7.2 矩方程 352

矩方程 352

连续性方程 354

动量方程 355

能量方程 358

7.3 伏拉索夫方程 362

伏拉索夫方程 363

自洽场 364

方程的线性化 365

伏拉索夫方程的性质 366

7.4 朗道方程 367

朗道碰撞项 368

朗道方程的讨论 373

7.5 福克尔-普朗克方程 376

福克尔-普朗克碰撞项 376

动力摩擦系数与动力弥散系数 379

罗生布鲁斯势 380

7.6 弛豫时间 383

预备的计算 383

慢化时间 386

偏转时间 388

能量交换时间 389

7.7 BBGKY理论 390

Γ空间及概率分布函数 391

约化分布函数 393

刘维方程 393

BBGKY方程链 395

相关函数 398

零级动力论方程 399

一级动力论方程 401

7.8 克里芒托维奇表述 402

克里芒托维奇方程 402

统计方程 405

零级方程——自洽场近似 409

双粒子相关函数、玻哥留波夫假设 411

列纳德-巴列斯库方程 413

参考文献 414

第八章 等离子体中的波(动力学理论) 416

8.1 引言 416

8.2 等离子体纵振荡 初始扰动的演化 418

线性化符拉索夫方程的解 419

初始扰动的演化?k(t)，f(1)k(u，t)的渐近解 422

8.3 纵振荡的频率和阻尼 427

等离子体色散函数 428

纵振荡频率和阻尼 430

8.4 朗道阻尼的物理意义 432

8.5 离子声波 437

8.6 均匀热等离子体中的电磁波 440

介电张量 色散关系 441

均匀各向同性热等离子体中的电磁波 443

8.7 磁场中热等离子体的介电张量 445

未扰动轨道积分方法 452

平衡分布为麦克斯韦分布的等离子体的介电张量 455

8.8 热等离子体中平行于磁场方向传播的波 回旋阻尼 457

8.9 垂直于磁场方向传播的波 461

寻常波 462

非寻常波 464

准静态模式 465

参考文献 469

第九章 微观不稳定性 470

9.1 微观不稳定性概述 470

微观不稳定性的产生及意义 471

微观不稳定性的分析方法 473

静电不稳定性充要条件、尼奎斯特图 474

潘罗斯判据 478

增长率γ 480

绝对不稳定性与可移不稳定性 482

9.2 粒子束不稳定性 486

二束不稳定性 487

束-等离子体不稳定性 489

电子相对于离子运动时引起的不稳定性 491

热运动速度的影响 493

离子声波不稳定性 494

负能量波 498

9.3 各项异性分布不稳定性 502

色散方程 506

沿磁场方向传播的不稳定模式 509

准静电回旋波不稳定性(赫利斯不稳定性) 512

损失锥不稳定性 516

9.4 非均匀等离子体静电波色散方程 517

平衡态分布函数 519

微扰分布函数 520

沿未微扰轨道积分 523

介电响应函数 525

色散方程 527

槽纹不稳定性的微观处理 530

9.5 漂移不稳定性 531

抗磁漂移 531

漂移波 531

漂移不稳定性 535

漂移不稳定性的稳定化 537

漂移回旋不稳定性 540

参考文献 542

第十章 输运理论 544

10.1 输运过程的唯象理论 544

输运过程 544

唯象线性律 546

昂萨格对易关系 547

熵产生率 548

非平衡热力学研究问题的步骤 549

例子：热传导 550

10.2 无磁场时弱电离等离子体的输运系数 552

恰普曼-恩斯柯克展开 552

克洛克模型 553

“流”向量 556

扩散系数 557

迁移率 558

爱因斯坦关系 560

电导率 561

双极扩散 561

热传导 562

粘滞性 564

10.3 均匀稳恒磁场中弱电离等离子体的输运系数 565

输运系数的张量性质 565

迁移率 565

电导率 568

扩散系数 569

有磁场时的双极扩散、短路效应 570

电阻率 572

10.4 完全电离等离子体输运过程的磁流体力学处理 572

电子“逃逸”效应 575

横越磁场的扩散 577

粒子约束时间与横向扩散系数之间的关系 580

10.5 完全电离等离子体输运过程的分子运动理论 582

弱场条件与强场条件 583

摩擦力、电导率、热摩擦力 584

相对速度引起的电子热流 587

无磁场时的扩散、热导、粘滞性 587

强磁场中的扩散与热导 590

漂移热流项 593

电子与离子间热量传递 594

10.6 新经典输运理论及反常扩散 595

“流体”区的扩散和热传导 596

“香蕉”区捕获粒子的扩散和热传导 598

漂移动力论方程“平台”区扩散 600

玻姆扩散 604

赝经典扩散 606

参考文献 608

附录1 矢量和张量运算公式 610

附录2 贝塞耳函数 616

附录3 勒让德多项式 618

附录4 一些积分关系式 621

附录5 量纲和单位 623

附录6 物理常数(CGS) 625

附录7 各种能量单位的转换关系表 626

附录8 麦克斯韦方程 627

附录9 等离子体基本参量及参量之间的一些关系式 629

附录10 聚变反应 635