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第一章　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

一、定义1

二、基本的空间和时间尺度3

三、电荷准中性条件9

四、对外加电磁场的响应及自身的电磁辐射现象11

五、碰撞过程的时间、空间特征尺度13

六、等离子体分类15

1.2　基本的描述方法20

一、概述20

二、单粒子轨道描述28

三、磁流体方程和双流体方程29

四、输运方程组32

五、伏拉索夫方程35

六、粒子模拟38

一、动力学方程组45

1.3　各种描述法的推导45

二、双流体方程组60

三、磁流体方程组70

第二章　带电粒子在电磁场中的运动77

1.1 引言77

1.2　带电粒子在均匀恒定电磁场中的运动78

一、带电粒子在均匀恒定磁场中的运动78

二、电漂移81

三、重力漂移83

2.3　带电粒子在变化磁场中的运动84

一、漂移近似84

二、梯度漂移85

三、曲率漂移88

四、粒子在随时间缓变磁场中的漂移90

2.4　带电粒子在均匀恒定磁场和变化电场中的运动91

一、非均匀电场91

二、随时间缓变的电场95

一、磁矩μ的不变性——磁镜效应97

2.5　寝渐不变量及其简单应用97

二、纵向不变量J2——费米加速104

三、磁通不变量108

2.6 带电粒子在高频场中的运动109

2.7 带电粒子在环形磁场中的运动112

一、带电粒子在简单园环形磁场中的运动112

二、磁力线的转动变换113

三、通行粒子116

四、捕获粒子120

第三章　等离子体中的碰撞及输运123

3.1　输运方程组123

一、连续性方程123

二、运动方程126

三、能量平衡方程128

四、关于输运方程的深入讨论129

一、带电粒子间弹性碰撞的处理方法134

3.2　弹性碰撞和输运系数134

二、碰撞频率146

三、输运系数172

3.3　非弹性碰撞过程简介196

一、概述196

二、原子的激发和解激发208

三、电离过程210

四、复合过程219

五、离子的电荷交换过程225

第四章　磁流体力学231

4.1 磁流体模型231

4.2　磁流体力学方程232

4.3　磁场的压强和应力237

4.4　等离子体内磁场的冻结与扩散239

4.5　双成份的磁流体力学243

4.6　广义欧姆定律与等离子体电导率247

4.7 等离子体的平衡与扩散250

4.8 弱电离等离子体的双极扩散253

第五章　等离子体中的波动现象257

5.1 引言257

5.2　有关波动的几个基本概念259

一、波的表示法——相速度259

二、群速度260

三、波的偏振262

5.3 非磁化等离子体中的静电波263

一、朗谬尔振荡263

二、朗谬尔波265

三、离子声波和离子静电波268

5.4 非磁化等离子体中的电磁波273

5.5　垂直于磁场的静电波276

一、高混杂静电振荡和高混杂波276

二、低混杂振荡和低混杂波278

三、垂直于磁场的静电离子回旋波280

一、寻常波282

5.6 垂直于磁场的高频电磁波282

二、非寻常波283

三、截止与共振284

5.7　平行于磁场的高频电磁波286

一、左旋园偏振波和右旋园偏振波286

二、哨音波289

三、法拉第旋转291

一、阿尔芬波293

5.8　磁流体力学波293

二、磁声波296

5.9　漂移波299

第六章　等离子体不稳定性301

6.1 几种典型的理想MHD不稳定性303

一、槽型不稳定性303

二、螺旋不稳定性312

6.2　线性撕裂模不稳定性319

一、撕裂模不稳定性的物理机制319

二、撕裂模不稳定性的增长率323

6.3 色散关系与增长率328

6.4　粒子束不稳定性331

6.5　离子声不稳定性340

6.6　漂移不稳定性343

6.7　电离不稳定性349

一、产生不稳定性的机制350

二、影响Z+和Z-的几种主要过程及其特征时间351

第七章　等离子体中的幅射现象359

7.1　概述359

7.2　自生幅射过程简介361

一、线辐射361

二、复合辐射361

三、轫致辐射362

四、回旋辐射362

7.3　自生辐射的功率公式364

8.1 受控热核聚变新能源368

第八章　等离子体物理的应用368

8.2　受控热核反应的能量平衡370

8.3 高温等离子体的约束和加热方法374

一、磁约束系统375

二、惯性约束——激光核聚变379

8.4　磁流体发电和等离子体加速器381

8.5　等离子体化学及其应用384

一、热等离子体在制造超细粉末中的应用386

二、ECR微波等离子体及其在材料表面改性中的应用387

8.6 日地空间等离子体389

一、太阳风389

二、磁爆和极光393

习题396

附录一　矢量和张量运算418

附录二　SI制和高斯制下的物理单位、量纲及相互转换423

附录三　十进单位词冠表434

附录四 电磁波谱434

附录五　等离子体常用参数435