等离子体物理原理 修订版PDF电子书下载

第1章 等离子体的基本概念和描述方法 1

1.1 定义和基本性质 1

1.1.1 定义 1

1.1.2 基本的空间和时间尺度 2

1.1.3 电荷准中性条件 7

1.1.4 对外加电磁场的响应及自身的电磁辐射现象 9

1.1.5 碰撞过程的时间、空间特征尺度 10

1.1.6 等离子体分类 12

1.2 基本的描述方法 16

1.2.1 概述 16

1.2.2 单粒子轨道描述 21

1.2.3 磁流体方程和双流体方程 23

1.2.4 输运方程组 25

1.2.5 伏拉索夫方程 27

1.2.6 粒子模拟 29

1.3 各种描述方法的推导 35

1.3.1 动力学方程组 35

1.3.2 双流体方程组 46

1.3.3 磁流体力学方程 54

第2章 带电粒子在电磁场中的运动 59

2.1 引言 59

2.2 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动 60

2.2.1 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动 60

2.2.2 电漂移 62

2.2.3 重力漂移 64

2.3 带电粒子在变化磁场中的运动 65

2.3.1 漂移近似 65

2.3.2 梯度漂移 66

2.3.3 曲率漂移 68

2.3.4 粒子在随时间缓变磁场中的漂移 69

2.4 带电粒子在均匀恒定磁场和变化电场中的运动 70

2.4.1 非均匀电场 70

2.4.2 随时间缓变的电场 73

2.5 浸渐不变量及其简单应用 74

2.5.1 磁矩μ的不变性——磁镜效应 75

2.5.2 纵向不变量J2费米加速 80

2.5.3 磁通不变量Ф 82

2.6 带电粒子在高频场中的运动 84

2.7 带电粒子在环形磁场中的运动 86

2.7.1 带电粒子在简单圆环形磁场中的运动 86

2.7.2 磁力线的转动变换 87

2.7.3 通行粒子 89

2.7.4 捕获粒子 92

第3章 等离子体中的碰撞及输运 94

3.1 输运方程组 94

3.1.1 连续性方程 94

3.1.2 运动方程 97

3.1.3 能量平衡方程 98

3.1.4 关于输运方程的深入讨论 99

3.2 弹性碰撞和输运系数 102

3.2.1 带电粒子间弹性碰撞的处理方法 103

3.2.2 碰撞频率 111

3.2.3 输运系数 133

3.3 非弹性碰撞过程简介 150

3.3.1 概述 150

3.3.2 原子的激发和解激发 160

3.3.3 电离过程 161

3.3.4 复合过程 170

3.3.5 离子的电荷交换过程 174

第4章 磁流体力学 179

4.1 磁流体模型 179

4.2 磁流体力学方程 180

4.3 磁场的压强和应力 184

4.4 等离子体内磁场的冻结与扩散 186

4.5 双成分的磁流体力学 189

4.6 广义欧姆定律与等离子体电导率 193

4.7 等离子体的平衡与扩散 195

4.8 弱电离等离子体的双极扩散 197

第5章 等离子体中的波动现象 200

5.1 引言 200

5.2 有关波动的几个基本概念 201

5.2.1 波的表示法——相速度 201

5.2.2 群速度 202

5.2.3 波的偏振 204

5.3 非磁化等离子体中的静电波 205

5.3.1 朗谬尔振荡 205

5.3.2 朗谬尔波 207

5.3.3 离子声波和离子静电波 208

5.4 非磁化等离子体中的电磁波 213

5.5 垂直于磁场的静电波 215

5.5.1 高混杂静电振荡和高混杂波 215

5.5.2 低混杂振荡和低混杂波 217

5.5.3 垂直于磁场的静电离子回旋波 218

5.6 垂直于磁场的高频电磁波 220

5.6.1 寻常波（E1‖B0） 220

5.6.2 非寻常波（E1⊥B0） 220

5.6.3 截止和共振 221

5.7 平行于磁场的高频电磁波 223

5.7.1 左旋圆偏振波和右旋圆偏振波 223

5.7.2 哨声波 226

5.7.3 法拉第旋转 227

5.8 磁流体力学波 228

5.8.1 阿尔芬波 229

5.8.2 磁声波 231

5.9 漂移波 233

第6章 等离子体不稳定性 235

6.1 几种典型的理想MHD不稳定性 236

6.1.1 槽型不稳定性 236

6.1.2 螺旋不稳定性 244

6.2 线性撕裂模不稳定性 249

6.2.1 撕裂模不稳定性的物理机制 249

6.2.2 撕裂模不稳定性的增长率 253

6.3 色散关系与增长率 256

6.4 粒子不稳定性 258

6.5 离子声不稳定性 266

6.6 漂移不稳定性 268

6.7 电离不稳定性 273

6.7.1 产生不稳定性的机制 273

6.7.2 影响Z+和Z－的几种主要过程及其特征时间 274

第7章 等离子体中的辐射现象 280

7.1 概述 280

7.2 自生辐射过程简介 281

7.2.1 线辐射 282

7.2.2 复合辐射 282

7.2.3 轫致辐射 283

7.2.4 回旋辐射 283

7.3 自生辐射的功率公式 284

第8章 等离子体物理的应用 287

8.1 受控热核聚变：新能源 287

8.2 受控热核反应的能量平衡 289

8.3 高温等离子体的约束和加热方法 292

8.3.1 磁约束系统 292

8.3.2 惯性约束——激光核聚变 296

8.4 磁流体发电和等离子体加速器 297

8.5 等离子化学及其应用 300

8.5.1 热等离子体在制造超细粉末中的应用 301

8.5.2 ECR微波等离子体及其在材料表面改性中的应用 302

8.6 日地空间等离子体 303

8.6.1 太阳风 304

8.6.2 磁暴和极光 306

习题 309

附录 328

附录1 矢量和张量运算 328

附录2 SI制和高斯制下的物理量单位、量纲及相互转换 332

附录3 十进制单位词冠表 341

附录4 电磁波谱 341

附录5 等离子体常用参数 342

跋一 关于等离子体的定义 351

跋二 关于plasma的汉语译名 353