等离子体物理介绍教材.ppt

* * * * * * * * * * 等离子体物理介绍 §2.1 等离子体的基本概念 ●等离子体在自然界的存在 宇宙中99%为等离子体 在我们生活的地球：闪电、电焊、荧光灯、核聚变 ●等离子体的形成 热平衡气体，沙哈方程： （CGS单位，Ui：气体电离能） 常温下： 微观解释：通常的热平衡气体（碰撞很强）中很难产生高能粒子。 ●讨论：空间和天体等离子体的形成？ §2.2 等离子体的定义和德拜屏蔽 ●带点粒子和中性粒子组成的表现出集体行为的一种准中性气体 粒子和粒子之间的相互作用力 （电磁力)： 德拜屏蔽 ●等离子体中，一个点电荷的近旁会被带异号电荷的粒子所包围，这个点电荷的作用距离和产生的电势。 德拜长度： 德拜势： 德拜长度：1）静电作用的屏蔽半径 2）局域性电荷分离的空间尺度 等离子体参量 ●等离子体集体相互作用要求德拜球内的粒子数远大于1。 ●德拜长度远大于粒子平均间距 等离子体的判据 电中性条件 集体相互作用条件 碰撞足够少 另外 典型空间等离子体特性 等离子体区域 密度（cm-3） 温度（ev） 德拜长度（cm） 等离子体参量（ND） 太阳日冕 106 102 104 109 太阳风 10 10 106 1010 磁层 10 103 107 1013 电离层 106 10-1 102 104 §2.3 朗缪尔振荡 ●等离子体产生电荷分离后，产生内部电场，力图恢复电中性，产生振荡。 朗缪尔振荡频率 朗缪尔振荡振幅 等离子体物理学的应用 ●气体放电 ●核聚变 ●空间物理学 ●天体物理学 ●等离子体推进 ●固态电子学 ●气体激光器 讨论：等离子体的特征 等离子体 气体 研究等离子体物理的方法 ●单粒子轨道理论 ●流体--磁流体力学 ●统计物理--玻耳兹曼方程（动力论方程） §2.4 单粒子轨道理论 ●已知电磁场，计算带电粒子的运动轨道，不考虑粒子对电磁场的影响 能否研究带电粒子的集体效应？ 带电粒子在均匀电磁场中的运动 ●带点粒子在均匀恒定磁场中的运动 如果 ，则有 ●均匀恒定电磁场中的电漂移 ●重力漂移 带电粒子在变化磁场中的运动 ●梯度漂移 ●曲率漂移 ●带点粒子在随时间缓变磁场中的漂移 绝热不变量 ●磁矩不变量和磁镜 磁矩 =常数 ●纵向不变量和费米加速 常数 磁流体力学方程组 ●无粘、不传热、理想导电 磁压强和磁张力 磁张力 磁压强 等离子体的平衡 假定磁力线平直， 则 伯努利积分？？ 磁场的扩散和冻结 扩散 冻结 等离子体动力论 符拉索夫方程： 玻尔兹曼方程： 福克-普朗克方程： 讨论 ●单粒子轨道理论 ●磁流体力学 ●符拉索夫方程 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *