等離子體物理學導論（原書第三版）

目錄
譯者序
前言
第1章 緒論 1
1.1 等離子體在自然界的存在 1
1.2 等離子體的定義 2
1.3 溫度的概念 3
1.4 德拜屏蔽 7
1.5 等離子體參量 9
1.6 等離子體判據(jù) 10
1.7 等離子體物理學的應用 11
1.7.1 氣體放電(氣體電子學) 11
1.7.2 受控熱核聚變 12
1.7.3 空間物理學 12
1.7.4 現(xiàn)代天體物理學 13
1.7.5 MHD能量轉(zhuǎn)換和離子推進 13
1.7.6 固態(tài)等離子體 14
1.7.7 氣體激光器 14
1.7.8 粒子加速器 15
1.7.9 工業(yè)等離子體 15
1.7.10 大氣壓等離子體 15
第2章 單粒子運動 17
2.1 引言 17
2.2 均勻E場和B場 17
2.2.1 E=0 17
2.2.2 有限E場 19
2.2.3 重力場 21
2.3 非均勻B場 23
2.3.1 B：B梯度漂移 23
2.3.2 彎曲B場：曲率漂移 24
2.3.3 B：磁鏡 25
2.4 非均勻E場 30
2.5 隨時間變化的E場 32
2.6 隨時間變化的B場 34
2.7 導向中心漂移總結(jié) 35
2.8 絕熱不變量 36
2.8.1 第一個絕熱不變量? 36
2.8.2 第二個絕熱不變量J 37
2.8.3 第三個絕熱不變量? 40
第3章 作為流體的等離子體 43
3.1 引言 43
3.2 等離子體物理學與普通電磁學的關(guān)系 43
3.2.1 麥克斯韋方程組 43
3.2.2 磁性材料的經(jīng)典處理 44
3.2.3 電介質(zhì)的經(jīng)典處理 45
3.2.4 等離子體的介電常數(shù) 46
3.3 流體運動方程 47
3.3.1 隨體導數(shù) 47
3.3.2 壓力張量 49
3.3.3 碰撞 52
3.3.4 和普通流體動力學的比較 52
3.3.5 連續(xù)性方程 53
3.3.6 狀態(tài)方程 53
3.3.7 完整的流體方程組 54
3.4 垂直于B的流體漂移 55
3.5 平行于B的流體漂移 60
3.6 等離子體近似 61
第4章 等離子體中的波 63
4.1 波的表示法 63
4.2 群速度 64
4.3 等離子體振蕩 65
4.4 電子等離子體波 69
4.5 聲波 75
4.6 離子波 76
4.7 等離子體近似的有效性 77
4.8 離子波和電子波的比較 78
4.9 垂直于B的靜電電子振蕩 80
4.10 垂直于B的靜電離子波 85
4.11 低混雜頻率 88
4.12 B0=0的電磁波 89
4.13 實驗應用 91
4.14 垂直于B0的電磁波 95
4.14.1 尋常波，E1||B0 95
4.14.2 非尋常波，E1B0 96
4.15 截止和共振 98
4.16 平行于B0的電磁波 100
4.17 實驗結(jié)果 102
4.17.1 哨聲模 102
4.17.2 法拉第旋轉(zhuǎn) 103
4.18 磁流體波 106
4.19 磁聲波 110
4.20 基本等離子體波小結(jié) 112
4.21 CMA圖 113
第5章 擴散和電阻率 121
5.1 弱電離氣體中的擴散和遷移 121
5.1.1 碰撞參數(shù) 121
5.1.2 擴散參數(shù) 122
5.2 擴散引起的等離子體衰減 123
5.2.1 雙極擴散 123
5.2.2 平板中的擴散 125
5.2.3 柱體中的擴散 127
5.3 穩(wěn)態(tài)解 128
5.3.1 恒定電離函數(shù) 128
5.3.2 平面源 129
5.3.3 線源 129
5.4 復合 129
5.5 橫越磁場的擴散 131
5.5.1 橫越B的雙極擴散 133
5.5.2 實驗檢驗 134
5.6 全電離等離子體中的碰撞 136
5.6.1 等離子體電阻率 137
5.6.2 庫侖碰撞的機理 138
5.6.3 的物理意義 140
5.6.4的值 141
5.6.5 脈沖電流 142
5.7 單流體MHD方程 142
5.8 全電離等離子體的擴散 144
5.9 擴散方程的解 146
5.9.1 時間依賴關(guān)系 146
5.9.2 與時間無關(guān)的解 146
5.10 玻姆擴散和新經(jīng)典擴散 147
第6章 平衡和穩(wěn)定性 154
6.1 引言 154
6.2 磁流體平衡 155
6.3 β的概念 156
6.4 磁場向等離子體中的擴散 158
6.5 不穩(wěn)定性的分類 161
6.5.1 流動不穩(wěn)定性 161
6.5.2 瑞利-泰勒不穩(wěn)定性 161
6.5.3 普適不穩(wěn)定性 162
6.5.4 動理學不穩(wěn)定性 162
6.6 雙流不穩(wěn)定性 162
6.7 “重力”不穩(wěn)定性 166
6.8 阻性漂移波 169
6.9 威布爾不穩(wěn)定性 172
第7章 動理學理論 174
7.1 f(v)的含義 174
7.2 動理學方程 178
7.3 流體方程的推導 182
7.4 等離子體振蕩和朗道阻尼 184
7.5 朗道阻尼的含義 188
7.5.1 電子束動能 191
7.5.2 初始條件的影響 194
7.6 朗道阻尼的物理推導 195
7.6.1 共振粒子 199
7.6.2 兩個“悖論”的消除 200
7.7 BGK模和范 坎彭模 200
7.8 實驗驗證 201
7.9 離子朗道阻尼 204
7.9.1 等離子體色散函數(shù) 205
7.9.2 離子波及其阻尼 206
7.10 磁場的動理學效應 210
7.10.1 熱等離子體介電張量 211
7.10.2 回旋阻尼 212
7.10.3 伯恩斯坦波 213
第8章 非線性效應 219
8.1 引言 219
8.2 鞘層 221
8.2.1 鞘層的必然性 221
8.2.2 平面鞘層方程 221
8.2.3 玻姆鞘層判據(jù) 223
8.2.4 蔡爾德-朗繆爾定律 224
8.2.5 靜電探針 225
8.3 離子聲激波 227
8.3.1 薩格捷夫勢 227
8.3.2 臨界馬赫數(shù) 230
8.3.3 波陡化 231
8.3.4 實驗觀測 232
8.3.5 電雙層 233
8.4 有質(zhì)動力 233
8.5 參量不穩(wěn)定性 236
8.5.1 耦合振蕩器 236
8.5.2 頻率匹配 237
8.5.3 不穩(wěn)定性閾值 240
8.5.4 物理機理 241
8.5.5 振蕩雙流不穩(wěn)定性 243
8.5.6 參量衰減不穩(wěn)定性 245
8.6 等離子體回波 248
8.7 非線性朗道阻尼 251
8.8 非線性等離子體物理學方程 253
8.8.1 KdV方程 253
8.8.2 非線性薛定諤方程 257
8.9 重聯(lián) 266
8.10 湍流 268
8.11 鞘層邊界 272
第9章 特殊等離子體 274
9.1 非中性等離子體 274
9.1.1 純電子等離子體 274
9.1.2 實驗 275
9.2 固態(tài)超冷等離子體 276
9.3 離子對等離子體 277
9.4 塵埃等離子體 279
9.4.1 塵埃聲波 282
9.4.2 塵埃離子聲波 284
9.5 螺旋波等離子體 285
9.6 空間等離子體 288
9.7 大氣壓等離子體 289
9.7.1 介質(zhì)阻擋放電 290
9.7.2 射頻鉛筆型放電 290
第10章 等離子體的應用 292
10.1 引言 292
10.2 聚變能 293
10.2.1 箍縮和脈沖功率 295
10.2.2 磁鏡 300
10.2.3 反場位形 304
10.2.4 仿星器 305
10.2.5 托卡馬克 308
10.2.6 球馬克和球形托卡馬克 318
10.3 等離子體加速器 321
10.4 慣性聚變 326
10.4.1 玻璃激光器 326
10.4.2 氟化氪激光器 330
10.5 半導體刻蝕 331
10.6 航天器推進 336
10.6.1 一般原理 336
10.6.2 推進器類型 337
10.7 日常生活中的等離子體 340
附錄A 單位、常量、公式與矢量關(guān)系 341
附錄B 均勻冷等離子體波理論 345
附錄C 3小時期末測試樣例 350
附錄D 部分習題答案 355