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第1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

1.1.1 定义1

1.1.2 基本的空间和时间尺度2

1.1.3 电荷准中性条件7

1.1.4 对外加电磁场的响应及自身的电磁辐射现象9

1.1.5 碰撞过程的时间、空间特征尺度10

1.1.6 等离子体分类12

1.2 基本的描述方法16

1.2.1 概述16

1.2.2 单粒子轨道描述21

1.2.3 磁流体方程和双流体方程23

1.2.4 输运方程组25

1.2.5 伏拉索夫方程27

1.2.6 粒子模拟29

1.3 各种描述方法的推导35

1.3.1 动力学方程组35

1.3.2 双流体方程组46

1.3.3 磁流体力学方程54

第2章 带电粒子在电磁场中的运动59

2.1 引言59

2.2 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动60

2.2.1 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动60

2.2.2 电漂移62

2.2.3 重力漂移64

2.3 带电粒子在变化磁场中的运动65

2.3.1 漂移近似65

2.3.2 梯度漂移66

2.3.3 曲率漂移68

2.3.4 粒子在随时间缓变磁场中的漂移69

2.4 带电粒子在均匀恒定磁场和变化电场中的运动70

2.4.1 非均匀电场70

2.4.2 随时间缓变的电场73

2.5 浸渐不变量及其简单应用74

2.5.1 磁矩μ的不变性——磁镜效应75

2.5.2 纵向不变量J2费米加速80

2.5.3 磁通不变量Ф82

2.6 带电粒子在高频场中的运动84

2.7 带电粒子在环形磁场中的运动86

2.7.1 带电粒子在简单圆环形磁场中的运动86

2.7.2 磁力线的转动变换87

2.7.3 通行粒子89

2.7.4 捕获粒子92

第3章 等离子体中的碰撞及输运94

3.1 输运方程组94

3.1.1 连续性方程94

3.1.2 运动方程97

3.1.3 能量平衡方程98

3.1.4 关于输运方程的深入讨论99

3.2 弹性碰撞和输运系数102

3.2.1 带电粒子间弹性碰撞的处理方法103

3.2.2 碰撞频率111

3.2.3 输运系数133

3.3 非弹性碰撞过程简介150

3.3.1 概述150

3.3.2 原子的激发和解激发160

3.3.3 电离过程161

3.3.4 复合过程170

3.3.5 离子的电荷交换过程174

第4章 磁流体力学179

4.1 磁流体模型179

4.2 磁流体力学方程180

4.3 磁场的压强和应力184

4.4 等离子体内磁场的冻结与扩散186

4.5 双成分的磁流体力学189

4.6 广义欧姆定律与等离子体电导率193

4.7 等离子体的平衡与扩散195

4.8 弱电离等离子体的双极扩散197

第5章 等离子体中的波动现象200

5.1 引言200

5.2 有关波动的几个基本概念201

5.2.1 波的表示法——相速度201

5.2.2 群速度202

5.2.3 波的偏振204

5.3 非磁化等离子体中的静电波205

5.3.1 朗谬尔振荡205

5.3.2 朗谬尔波207

5.3.3 离子声波和离子静电波208

5.4 非磁化等离子体中的电磁波213

5.5 垂直于磁场的静电波215

5.5.1 高混杂静电振荡和高混杂波215

5.5.2 低混杂振荡和低混杂波217

5.5.3 垂直于磁场的静电离子回旋波218

5.6 垂直于磁场的高频电磁波220

5.6.1 寻常波（E1‖B0）220

5.6.2 非寻常波（E1⊥B0）220

5.6.3 截止和共振221

5.7 平行于磁场的高频电磁波223

5.7.1 左旋圆偏振波和右旋圆偏振波223

5.7.2 哨声波226

5.7.3 法拉第旋转227

5.8 磁流体力学波228

5.8.1 阿尔芬波229

5.8.2 磁声波231

5.9 漂移波233

第6章 等离子体不稳定性235

6.1 几种典型的理想MHD不稳定性236

6.1.1 槽型不稳定性236

6.1.2 螺旋不稳定性244

6.2 线性撕裂模不稳定性249

6.2.1 撕裂模不稳定性的物理机制249

6.2.2 撕裂模不稳定性的增长率253

6.3 色散关系与增长率256

6.4 粒子不稳定性258

6.5 离子声不稳定性266

6.6 漂移不稳定性268

6.7 电离不稳定性273

6.7.1 产生不稳定性的机制273

6.7.2 影响Z+和Z－的几种主要过程及其特征时间274

第7章 等离子体中的辐射现象280

7.1 概述280

7.2 自生辐射过程简介281

7.2.1 线辐射282

7.2.2 复合辐射282

7.2.3 轫致辐射283

7.2.4 回旋辐射283

7.3 自生辐射的功率公式284

第8章 等离子体物理的应用287

8.1 受控热核聚变：新能源287

8.2 受控热核反应的能量平衡289

8.3 高温等离子体的约束和加热方法292

8.3.1 磁约束系统292

8.3.2 惯性约束——激光核聚变296

8.4 磁流体发电和等离子体加速器297

8.5 等离子化学及其应用300

8.5.1 热等离子体在制造超细粉末中的应用301

8.5.2 ECR微波等离子体及其在材料表面改性中的应用302

8.6 日地空间等离子体303

8.6.1 太阳风304

8.6.2 磁暴和极光306

习题309

附录328

附录1 矢量和张量运算328

附录2 SI制和高斯制下的物理量单位、量纲及相互转换332

附录3 十进制单位词冠表341

附录4 电磁波谱341

附录5 等离子体常用参数342

跋一 关于等离子体的定义351

跋二 关于plasma的汉语译名353