等离子体物理基础

第1章等离子体概述(1)
1.1概念(1)
1.2等离子体存在形式(3)
1.3等离子体分类(4)
1.4等离子体产生(5)
1.4.1直流放电(6)
1.4.2射频辉光放电(8)
1.4.3微波放电(9)
1.4.4电晕放电(10)
1.4.5介质阻挡放电(11)
1.5等离子体的描述方法(12)
1.6等离子体振荡(13)
1.6.1等离子体振荡频率(14)
1.6.2振荡频率的物理意义(16)
1.6.3等离子体激元(16)
1.7徳拜屏蔽效应(17)
1.7.1德拜屏蔽概念(17)
1.7.2徳拜长度(18)
1.7.3徳拜势(20)
1.7.4徳拜长度的物理意义(20)
1.8等离子体鞘层(21)
1.8.1鞘层的产生(21)
1.8.2等离子体鞘层厚度和电势分布(22)
1.8.3金属表面电势(23)
1.8.4等离子体鞘层的玻姆判据(24)
1.8.5等离子体鞘层的作用(25)
1.9等离子体判据(27)
1.10等离子体基本参量(27)
1.11等离子体发展简史(29)
思考题(32)
第2章单粒子轨道运动(34)
2.1引言(34)
2.2带电粒子在均匀恒定电磁场中的运动(35)
2.2.1带电粒子在均匀磁场中的运动(35)
2.2.2带电粒子在均匀电磁场中的漂移运动(37)
2.2.3重力场中的漂移运动(39)
2.3带电粒子在非均匀电磁场中的运动(40)
2.3.1回旋中心(引导中心)近似(40)
2.3.2均匀磁场和非均匀电场漂移运动(41)
2.3.3带电粒子在梯度磁场中的漂移运动(43)
2.3.4带电粒子在弯曲磁场中的漂移运动(47)
2.3.5带电粒子在磁镜场中的运动(49)
2.4带电粒子在随时间缓变的电磁场中的运动(52)
2.4.1带电粒子在随时间缓变电场中的极化漂移(52)
2.4.2带电粒子在随时间缓变的磁场中的径向漂移(53)
2.4.3拓展知识：随时间缓变磁场中的等离子体应用(56)
2.5绝热不变量(浸渐不变量)(58)
2.5.1**个绝热不变量：磁矩(58)
2.5.2第二个绝热不变量：纵向不变量(60)
2.5.3第三个绝热不变量：磁通不变量(62)
2.5.4范艾伦辐射带与极光(62)
2.6带电粒子在高频电磁波中的运动(64)
2.6.1在弱电磁波中的颤抖运动(65)
2.6.2高频电磁场的作用与有质动力(66)
2.6.3超强激光尾场中的电子加速(68)
2.7漂移速度总结(70)
思考题(71)
第3章等离子体中的碰撞与输运(73)
3.1引言(73)
3.2等离子体中的二体碰撞(74)
3.2.1粒子间二体碰撞的一般描述(74)
3.2.2二体碰撞过程中动量及能量变化(76)
3.2.3碰撞过程中偏转角的表达(79)
3.2.4微分散射截面的定义及物理意义(82)
3.2.5碰撞的积分特征量(84)
3.3等离子体中的库仑碰撞(86)
3.3.1库仑碰撞(86)
3.3.2库仑对数(86)
3.3.3库仑对数与碰撞相关物理参量(88)
3.3.4电阻率(89)
3.4输运过程的经验定律(91)
3.4.1等离子体中的碰撞(91)
3.4.2扩散过程(92)
3.4.3热传导过程(92)
3.4.4黏滞过程(93)
3.5非磁化弱电离等离子体中的输运过程(93)
3.5.1迁移率与扩散系数(93)
3.5.2双极扩散(96)
3.5.3气体放电等离子体中带电粒子密度分布(98)
3.6均匀恒定磁场中弱电离等离子体中的输运过程(102)
思考题(106)
第4章磁流体力学(108)
4.1磁流体力学的发展及应用(108)
4.2流体力学方程组(111)
4.2.1流体(111)
4.2.2流体力学方法(111)
4.2.3应力张量(116)
4.2.4流体力学方程组(119)
4.3磁流体力学方程组(122)
4.3.1考虑电磁力的流体力学方程(122)
4.3.2电动力学方程组(123)
4.3.3完整的磁流体方程组(124)
4.3.4双磁流体方程组和广义欧姆定律(125)
4.4磁应力(磁压力和磁张力)(129)
4.5磁扩散与磁冻结(132)
4.5.1磁感应方程(132)
4.5.2磁扩散效应(133)
4.5.3磁冻结效应(136)
4.6均匀定常磁场中的抗磁漂移(141)
4.6.1抗磁性漂移(垂直于磁场的流体漂移)(141)
4.6.2玻尔兹曼关系(平行于磁场的流体运动)(143)
4.7磁流体动力学平衡与等离子体约束(144)
4.7.1θ箍缩(Pinch)平衡方程(144)
4.7.2z箍缩平衡方程(146)
思考题(147)
第5章等离子体中的波(149)
5.1引言(149)
5.2波的描述方法和色散关系(150)
5.2.1波的表示方法(150)
5.2.2相速度(151)
5.2.3群速度(151)
5.2.4波的偏振(152)
5.2.5波的色散关系(153)
5.3磁流体力学波(154)
5.3.1中性气体中的声波(154)
5.3.2阿尔文波(156)
5.3.3磁流体力学波(159)
5.4非磁化等离子体中的波(164)
5.4.1电子静电波(朗缪尔波)(164)
5.4.2离子静电波/声波(166)
5.4.3电磁波(169)
5.4.4电磁波的截止现象(171)
5.4.5补充知识：电磁波色散关系及截止现象的相关应用(173)
5.5磁化等离子体中的波(175)
5.5.1垂直于磁场的静电电子振荡和高混杂波(175)
5.5.2垂直于磁场的低混杂振荡和低混杂波(177)
5.5.3垂直于磁场的高频电磁波(180)
5.5.4平行于磁场的高频电磁波(184)
5.6磁化等离子体中的螺旋波(188)
5.6.1螺旋波研究进展简介(188)
5.6.2螺旋波的色散关系(190)
5.6.3螺旋波激发及天线类型(191)
5.6.4螺旋波等离子体应用(193)
5.7等离子体中的波总结(195)
5.8等离子体中的波简史及人物小传(195)
思考题(197)
第6章等离子体平衡与稳定性(199)
6.1引言(199)
6.2等离子体力学平衡(201)
6.2.1平衡方程(201)
6.2.2磁面与磁通(203)
6.2.3一维螺旋磁场平衡方程(205)
6.3双流不稳定性(208)
6.4瑞利泰勒不稳定性(211)
6.4.1重力驱动流体中的瑞利泰勒(RT)不稳定性(212)
6.4.2重力驱动等离子体中的RT不稳定性(212)
6.5撕裂模不稳定性(214)
6.6几种常见的不稳定性介绍(216)
6.6.1电流不稳定性(216)
6.6.2交换不稳定性(218)
6.6.3气球模不稳定性(219)
思考题(219)
第7章动理学理论介绍(221)
7.1分布函数与弗拉索夫方程(221)
7.1.1分布函数(222)
7.1.2弗拉索夫方程(226)
7.2等离子体电子静电波及朗道阻尼(228)
7.2.1等离子体电子静电波色散关系(228)
7.2.2奇点的处理方法(230)
7.2.3朗道阻尼(232)
7.3朗道阻尼的物理意义(233)
7.3.1朗道阻尼的唯像解释(233)
7.3.2朗道阻尼的本质(235)
7.3.3补充知识：留数、留数定理(237)
思考题(238)
第8章低温等离子体应用(240)
8.1等离子体磁流体应用(240)
8.1.1磁流体发电技术(240)
8.1.2磁流体推进技术(244)
8.2等离子体在半导体中的应用(246)
8.3等离子体在民生新技术中的应用(255)
8.4等离子体在纳米材料制备中的应用(260)
思考题(262)
第9章高温等离子体应用(263)
9.1引言(263)
9.2核聚变原理(264)
9.3聚变点火条件(266)
9.4磁约束聚变(268)
9.5惯性约束聚变(271)
9.6磁惯性约束聚变(276)
9.7我国热核聚变的研究历程(281)
9.8ITER时代的机遇与挑战(284)
思考题(287)
附录A汤森放电理论(288)
附录B常用矢量与张量运算(291)
参考文献(293)