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