高等等离子体物理
等离子体的奥秘：等离子体物理学的研究进展与应用
等离子体的奥秘：等离子体物理学的研究进展与应用等离子体（Plasma）是一种物态，介于气体和固体之间。
它是由高温、高能量状态下的气体分子或原子通过电离形成的，具有部分或全部自由电子和正离子的高度电离气体。
近年来，等离子体物理学作为一门新兴学科，得到了广泛的研究与应用。
本文将介绍等离子体物理学的研究进展及其在不同领域的应用。
一、等离子体物理学的研究进展1. 等离子体的基本特性等离子体由于其独特的构成和特性，具有许多引人注目的物理特点。
首先，等离子体具有高度电离的特点，自由电子和离子的存在使其具有极强的电导性和导热性。
其次，等离子体展示出等离子体波、粒子束和辐射等非线性效应，这些效应对等离子体物理研究和应用具有重要意义。
此外，等离子体还具有高能量和高强度激发的特点，能够在强电场或者强磁场中显示出复杂的行为。
2. 等离子体物理学的研究方法等离子体物理学研究方法的发展与技术进步密切相关。
目前，常用的等离子体研究方法主要包括实验研究、数值模拟和理论计算。
实验研究通过使用等离子体设备和仪器进行观测和测量，能够获得等离子体的一些基本特性和行为。
数值模拟则利用计算机模拟等离子体的行为和模式，通过建立数学模型、求解方程和处理数据，可以预测和解释等离子体的各种现象和性质。
理论计算则基于等离子体物理学的基本理论和公式，通过推导和计算等离子体的基本性质和行为。
二、等离子体物理学在科学研究中的应用1. 物质结构研究等离子体物理学在材料科学和物质结构研究领域有着广泛的应用。
通过等离子体处理和等离子体改性技术，可以改变材料的表面和体内结构，使其具有特殊的功能和性能。
另外，等离子体还可用于纳米材料的制备和合成，通过等离子体处理能够控制纳米粒子的粒径和形貌，从而实现对材料性能的调控。
2. 能源开发和利用等离子体物理学在能源领域也具有重要应用价值。
等离子体作为高温、高能量状态下的气体，为核聚变能源的开发提供了重要的条件。
通过控制和稳定等离子体，可以实现核聚变反应的连续进行，从而获得源源不断的清洁能源。
高中物理中的等离子体概念及应用
高中物理中的等离子体概念及应用在高中物理学习中，我们经常会接触到各种各样的概念和理论。
其中一个重要的概念就是等离子体。
等离子体是一种物质状态，它由带正电荷的离子和自由电子组成。
在自然界中，等离子体广泛存在于太阳、闪电、火焰等高温高能环境中。
而在实验室中，我们也可以通过一些特殊的方法来产生等离子体。
等离子体的概念和应用在现代科学中有着广泛的研究和应用价值。
首先，让我们来了解一下等离子体的基本特性。
等离子体是一种带电的气体，它的主要成分是离子和自由电子。
离子是带正电或负电的原子或分子，而自由电子则是失去了束缚的电子。
在等离子体中，离子和自由电子之间通过电磁相互作用力相互影响，从而形成了一个相对平衡的状态。
这种状态下，等离子体具有导电性、极高的温度和能量传递能力等特点。
在等离子体的应用中，最为人熟知的就是等离子体显示技术。
等离子体显示技术是一种利用等离子体的特性来实现图像显示的技术。
通过在显示屏上施加电场，可以激发等离子体中的离子和自由电子，从而产生亮光。
这种技术在液晶显示器和等离子体电视中得到了广泛的应用。
与传统的显示技术相比，等离子体显示技术具有更高的亮度、更广的视角和更快的响应速度。
因此，它在电视、电脑显示器等领域具有很大的市场潜力。
除了显示技术，等离子体在其他领域也有着重要的应用。
例如，在核聚变研究中，等离子体是不可或缺的一部分。
核聚变是一种将轻元素合成为重元素的过程，它在太阳中发生并产生了巨大的能量。
在地球上，科学家们一直致力于利用核聚变来解决能源危机。
而在核聚变实验中，等离子体的产生和控制是非常关键的一步。
通过在实验装置中产生高温高能的等离子体，科学家们可以模拟太阳中的核聚变过程，并进一步研究和改进核聚变技术。
此外，等离子体还在医学、环境保护和材料加工等领域发挥着重要作用。
在医学领域，等离子体可以用于治疗肿瘤和杀灭细菌。
通过将等离子体直接作用于肿瘤细胞或细菌，可以达到破坏其结构和功能的目的。
等离子体物理学的基础与应用
等离子体物理学的基础与应用等离子体物理学是物理学中研究等离子体性质、行为和应用的一个分支。
等离子体是第四态物质，是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的，它具有高度的激发性和导电性。
在自然界中，等离子体广泛存在于太阳、闪电、地球磁层等环境中，也存在于人造装置中，如聚变反应器、等离子体喷射器等。
本文将介绍等离子体物理学的基础知识和应用领域。
一、等离子体的基本性质等离子体是由离子和电子组成的，这些离子和电子以相对独立的方式运动。
等离子体具有以下基本性质：1.高度激发性：等离子体的粒子处于高度激发状态，能量非常丰富。
当它们发生碰撞或受到外部刺激时，会释放出巨大的能量。
2.导电性：等离子体能够导电，因为其带电粒子可以自由移动。
这是由于电子和离子之间的相对运动。
3.磁场响应性：等离子体具有对外磁场的高度响应性。
在磁场中，等离子体会受到磁场力的作用，并发生循环运动。
二、等离子体物理学的基础理论等离子体物理学基于一系列基础理论来解释和研究等离子体的行为。
以下是几个主要的基础理论：1.碰撞理论：碰撞理论用来描述等离子体内部粒子之间的相互作用。
它探讨了离子和电子之间的碰撞频率、能量交换以及散射过程。
2.磁流体力学(MHD)理论：MHD理论研究等离子体在强磁场中的行为。
它结合了磁场和等离子体的运动方程，用于研究等离子体的磁流体力学行为，如等离子体在磁约束中的稳定性和不稳定性等。
3.等离子体波动理论：等离子体波动理论研究等离子体内的波动现象。
它探讨了等离子体波动的起源、传播和相互作用，包括电磁波、声波、阻尼波等。
三、等离子体物理学的应用领域1.聚变能研究：等离子体物理学在聚变能研究中扮演着关键角色。
人类一直在努力实现可控核聚变，并利用聚变反应器产生清洁、高效的能源。
2.等离子体制造：等离子体物理学在半导体制造和表面处理中起着重要作用。
等离子体喷涂和等离子体刻蚀等技术被广泛应用于化学、电子、材料等行业。
3.等离子体医学：等离子体物理学在医学领域也有应用。
等离子体物理
等离子体物理等离子体是一种独特而神奇的物质状态。
它由高温或高能量下的气体中的带电粒子组成，这些带电粒子失去了电子，形成了电离态。
在这个状态下，等离子体展现出了许多与普通气体不同的性质和行为。
等离子体物理是研究这种特殊状态下物理现象和过程的学科，它在众多领域中发挥着重要的作用。
一、等离子体的形成等离子体可以通过多种方式形成。
其中一种是通过高温来激发气体中的原子和分子，使其失去部分或全部电子。
这种过程被称为热电离，常见于高温等离子体中，如太阳表面等。
另一种形成等离子体的方式是通过电场或激光等外部能量的作用，使气体电离。
这种方式称为非热电离，常见于等离子体在实验室中的产生。
二、等离子体的性质一旦形成，等离子体具有多种特殊的性质。
首先，等离子体是导电的。
由于其中带电粒子的存在，等离子体可以传导电流。
这种导电性使得等离子体在航空航天、聚变能源等领域产生了广泛的应用。
其次，等离子体具有自洽性。
带电粒子在外部电场的作用下会发生运动和加速，进而改变电场分布。
这种相互作用形成了一种自洽的状态，被称为等离子体振荡。
由于自洽性的存在，等离子体可以通过自我调节而维持稳定状态，这在等离子体控制和应用中是非常重要的。
此外，等离子体还具有辐射、吸收和散射等电磁波的能力。
由于带电粒子与电磁波的相互作用，等离子体在电磁波传播和反射中发挥着重要的影响。
这种性质使得等离子体在通信、雷达和光谱学等领域有着广泛的应用。
三、等离子体的应用等离子体物理在众多领域中都有着重要的应用。
在天文学中，等离子体物理帮助我们理解了星球大气层、太阳风等天体现象。
在聚变能源研究中，等离子体物理是理解和控制等离子体的关键。
只有高温等离子体的稳定和控制才能产生出可持续、清洁的聚变能源。
在材料科学中，等离子体物理常用于表面处理和涂层制备。
等离子体可以改变材料表面的化学和物理性质，形成具有特定功能的表面，如耐磨、防腐蚀和生物相容等。
这种表面处理技术在航空航天、汽车制造和生物医学等领域中有着重要的应用。
《高等等离子体物理II》教学大纲-北京大学物理学院
《环形等离子体物理导论》王晓钢 北京大学物理学院主要参考书：Wesson, Tokamak, Oxford, 2004White, Theory of Toroidally Confined Plasmas, Imperial College, 2001 石秉仁，《磁约束聚变—原理与实践》，原子能出版社，1999第一章 引言1.1 环形等离子体位形1．等离子体中力的平衡：一般来说，对力学的平衡总有/0t ∂∂=。
如果()0=≠u u x ，这个平衡称为稳态的。
如果同时有 0=u ，则平衡是静态平衡。
力学平衡是等离子体每点所受的合力密度为零，即()m p cρ⨯⋅∇=-∇+J Bu u 。
(I-01)对静态平衡来说，则是()4p c π∇⨯⨯⨯∇==B B J B 。
(I-02)利用关系()()()∇⋅=⨯∇⨯+⨯∇⨯+⋅∇+⋅∇A B A B B A A B B A ，我们得到222||ˆ8484B B B p b ππππ⎛⎫⎛⎫⋅∇∇+==∇+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭B B κ， (I-03)这里 ˆ/b B ≡B ，||ˆb ∇≡⋅∇，及磁场曲率||ˆˆˆb b b ≡⋅∇=∇κ。
于是有2284B B p ππ⊥⎛⎫∇+= ⎪⎝⎭κ， ||0p ∇= ()p p ⊥∇=∇。
(I-04)2．磁面：从()()()∇⋅⨯=∇⨯⋅-⋅∇⨯A B A B A B ，一个磁场可以表示为αβ=∇⨯∇B(I-05)的形式。
我们可以简单看出，上述表示满足0=⋅∇B 。
对于二维的平板模型，任意函数有形式(,)f f x y =。
在(I-05)式中令z ≡α，ψβ≡，则磁场可以定义为ˆzψ=⨯∇B ， (I-06)这里(,)x y ψψ=被称为磁面函数。
有2ˆˆ44c c z zJψππ=∇⨯=∇≡J B ， 24p c ψψπ⨯∇∇==-∇J B 。
(I-07)方程(I-07)的解有()p p ψ=的形式，并满足关系2()4dp J d cψψψπ∇=-=-。
等离子体及其物理特性
o(3)宏观上是电中性的。
虽然等离子体宏观上是电中性的， 但是由于电子的热运动，等离子体局部会偏离电中性。 电荷之间的库仑相互作用，使这种偏离电中性的范围不能无限扩大， 最终使电中性得以恢复。偏离电中性的区域最大尺度称为德拜长度λD。 当系统尺度 L＞λD时，系统呈现电中 强，当 L<λD时，系统可能出现非电中性。
用实验方法测定等离子体参量的技术。诊断的方法有探针法、微波法、激光法、光谱法、光学法和粒子束法，其中光学法的原理可参见风洞测试仪器；粒子束法的应用不如前五种普遍。诊断的参量包括微观参量（如碰撞频率）和宏观参量（如密度、温度、压力等热力学参量，以及粘性、扩散、热导率和电导率等输运系数）。一般表征部分电离等离子体特性的参量主要是电子密度、电子温度和碰撞频率。电子密度和电子温度的范围不同，所用的测量方法也不同（图1、图2）。 等离子体诊断技术是随着等离子体科学的进展而发展起来的。20世纪初，开始观测宇宙等离子体。20年代，为了研究气体放电，开创了实验室等离子体诊断。从50年代起，在受控热核反应和空间技术研究的推动下，等离子体诊断的研究进入全盛时期。下面将等离子体诊断应用的各种方法作一介绍。
2.等离子体的主要参量
描述等离子体的一些主要参量为：
1. (l)电子温度Te0它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子碰撞电离是主要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。
2.(2)带电粒子密度。电子密度为ne，正离子密度为ni，在等离子体中ne≈ni。
3.(3)轴向电场强度 EL0表征为维持等离子体的存在所需的能量。
电导率探针由磁场线圈和探测线圈组成。它利用磁场和等离子体相互作用原理来确定等离子体的电导率。电导率探针有电导率计（图7)和射频电导率探针（图8）等类型。对于电导率计，当高速运动的等离子体切割其磁场线圈的磁力线时，等离子体中便产生感应电流。这又在探测线圈中造成磁通量的变化并感生出电动势。在已知等离子体运动速度的情况下，测量探测线圈中的感应端电压，可以得到等离子体的电导率。射频电导率探针是把磁场线圈和探测线圈合成一个。它利用振荡器产生高频振荡，并通过电介质窗口传输到等离子体中，从而感应出涡流，涡流又影响线圈的阻抗。测量线圈的品质因数（Q值）或谐振频率的变化,可以确定等离子体的高频电导率。 微波法利用电磁波频谱中的微波与等离子体相互作用的原理来测量等离子体参量的方法。微波在等离子体中传播时,会使微波器件的工作状态发生变化（如Q值下降等），并发生吸收、相移以及反射、折射、散射等过程。相应的衰减量、相移量和反射量等物理量可由实验测定，而它们对等离子体的电子密度、碰撞频率等参量的依赖关系则可由理论分析给出。基于这类现象的诊断称为微波传输测量，它分为空腔法和自由传播法两种。图9给出自由传播法的三种基本方法，可进行衰减测量、反射测量和相移测量等。另一类微波法是测量等离子体的微波辐射（如黑体辐射、轫致辐射、回旋辐射和相干辐射等），从而获得有关等离子体温度、不稳定性等特性的信息。
等离子体物理解析
等离子体物理解析等离子体是一种高度激发的物态，由气体或固体在高温或高压下电离后形成的。
等离子体物理是研究等离子体特性和行为的学科。
本文将对等离子体物理进行解析，重点探讨等离子体的形成、性质和应用。
一、等离子体的形成等离子体的形成通常包含两个主要过程：电离和复合。
1. 电离电离是指将气体或固体中的原子或分子激发到足够高的能级，以至于电子从原子或分子中脱离的过程。
电离可以通过多种方式实现，如热电离、电子碰撞和光电离等。
当原子或分子失去电子后，形成的带正电荷的离子和自由电子构成等离子体。
2. 复合复合是指原本已被电离的离子和自由电子重新结合成中性的原子或分子的过程。
在等离子体中，复合和电离是同步进行的。
复合过程受到温度、密度和化学成分等因素的影响。
在高温高密度条件下，离子与电子重组的速率较慢，使等离子体保持电离状态。
二、等离子体的性质等离子体具有一些独特的性质，使其在许多领域具有广泛的应用。
1. 导电性由于等离子体中自由电子的存在，它具有很好的导电性。
等离子体中的电荷可以通过外加电场进行运动，形成等离子体的电流。
2. 等离子体共振等离子体中的电磁波与等离子体内的自由电子发生相互作用，会导致等离子体共振现象的出现。
这种共振现象在等离子体物理中有重要的应用，如等离子体屏蔽和等离子体固体相互作用等。
3. 自然脉冲在等离子体中发生自然脉冲是等离子体物理中的一个重要现象。
这种脉冲会导致等离子体释放出大量能量，产生强烈的辐射和激波。
三、等离子体的应用等离子体物理的研究成果在许多领域都有实际应用价值。
1. 等离子体物理在核聚变领域的应用核聚变是一种将氢同位素聚变成氦并释放出巨大能量的方法，等离子体物理对于核聚变的实现起着关键作用。
通过研究等离子体的性质和行为，科学家可以更好地理解并控制核聚变的过程。
2. 等离子体物理在等离子体显示器领域的应用等离子体显示器（Plasma Display Panel，PDP）是一种使用等离子体和发光材料制成的平板显示器。
等离子体物理实验
等离子体物理实验等离子体物理实验是研究等离子体性质和行为的重要手段。
通过模拟和观察等离子体的特性，科学家们可以深入探索等离子体的基本原理，以及其在能源、天体物理、材料科学等领域的应用。
本文将介绍等离子体物理实验的基本原理、常用实验装置以及一些实验应用案例。
1. 实验原理等离子体是一种由正负电荷载体（离子与电子）构成的高度电离气体。
在等离子体中，因为粒子存在高度离散性，电子与离子之间的碰撞频率较高，从而产生了等离子体特有的物理化学性质。
等离子体物理实验的基本原理是通过提供足够的能量，将一部分气体原子或分子电离成正离子和电子，从而形成等离子体。
2. 实验装置（1）等离子体发生器：等离子体发生器是产生等离子体所必需的设备。
常见的等离子体发生器包括离子注入器、等离子体泵、等离子体枪等。
这些装置可以通过提供高能电子束或离子束来电离气体，进而产生等离子体。
（2）等离子体诊断仪器：等离子体物理实验中，准确地测量和监测等离子体的参数是十分重要的。
常用的等离子体诊断仪器有等离子体探测器、光谱仪、电子能量分析仪等。
这些设备可以用于测量等离子体的温度、密度、成分等参数。
（3）真空系统：等离子体物理实验需要在真空环境中进行，以确保等离子体的稳定性和减少气体分子与等离子体之间的碰撞。
真空系统包括真空泵、真空阀门等设备，用于将实验装置中的气体抽取出来，创建合适的真空环境。
3. 实验应用（1）能源研究：等离子体在磁约束核聚变技术中有重要应用。
通过利用高温等离子体的特性，可以实现核聚变反应，从而释放出巨大的能量。
这一能源形式被广泛研究，被认为是未来清洁能源的可能选择之一。
（2）材料科学：等离子体处理技术在材料表面改性、薄膜沉积等方面有广泛应用。
例如，通过等离子体刻蚀技术，可以制备微纳米级别的器件结构；而利用等离子体喷涂技术，则能获得高质量的涂层。
（3）天体物理学：等离子体在恒星、星际介质等天体物理中起着重要作用。
通过模拟和实验，科学家们可以探索等离子体在星际空间中的行为，从而揭示宇宙中的等离子体物理过程。
等离子体在物理和化学中的应用
等离子体在物理和化学中的应用等离子体是一个高度激发和高能的物质状态，它是在高压、高温、高能的环境下产生的。
随着科技的进步，等离子体在物理和化学领域中的应用越来越广泛，涉及到许多方面，如能源、工业、医学等。
一、等离子体在物理学中的应用1.等离子体在天文学中的应用等离子体是银河系中空间物质的主要形式之一，它占据了大量的空间，并决定了宇宙中物质的行为。
在宇宙中的恒星、行星和星系等天体中，都有不同形态的等离子体存在。
对等离子体的观测和研究，可以帮助天文学家更好地理解宇宙物质的演化和结构。
2.等离子体在核物质中的应用核物质中的等离子体在核反应、加速器和核聚变研究中都有很重要的应用。
在核反应中，等离子体的产生和传输是关键的物理过程之一。
在核聚变研究中，等离子体的稳定性和控制也是研究的重点。
3.等离子体在材料物理学中的应用等离子体在材料物理学中的应用也非常广泛，主要涉及到表面处理、涂层和薄膜制备，以及材料性能的改善等方面。
例如在半导体制造中，等离子体处理可以用来对硅片进行清洗和蚀刻，也可以促进电子器件的集成和提高器件的性能。
二、等离子体在化学中的应用1.等离子体在化学合成中的应用等离子体的高能量作用下，可以促进反应物的分解和重组，从而促进化学反应的进行。
例如等离子体在材料加工中的应用，可以用来提高医学和生物化学领域的材料性能和性能稳定性。
2.等离子体在制备新材料中的应用等离子体可以用于制备新材料，例如薄膜、纳米粒子、高分子材料等。
等离子体制备的材料具有非常好的化学均匀性和物理性能，可以应用于光学器件、纳米电子器件、光催化材料等领域。
3.等离子体在环境保护中的应用等离子体可以用于处理废气和废水等环境污染物，从而减少对环境的污染和破坏。
等离子体还可以用于垃圾处理和污水处理等方面，可以有效地缓解环境压力，保护生态环境。
总之，等离子体在物理和化学领域中的应用非常广泛，涉及到许多方面。
在未来，随着科技的不断发展，等离子体在各领域的应用还将不断增加和深化。
等离子体物理学课件
等离子体的基本性质
电磁性质
• 等离子体在电场和磁场下的行为 • 等离子体的电导率和介电常数
动力学性质
• 等离子体的输运过程 • 等离子体的热力学性质
等离子体在天体物理中的应用
恒星爆炸中的等离子体
讨论等离子体在恒星爆炸和体的研究
探索行星际空间中等离子体的特性和影响
2 等离子体在新能源领域的应用
讨论等离子体技术在太阳能和风能等新能源技术中的应用
3 等离子体在生物医学中的应用
介绍等离子体在癌症治疗和生物材料领域的发展和研究进展
结语
展望等离子体物理学的未来，谢谢阅读！
等离子体物理学课件
本课件将介绍等离子体的基本概念、产生方式、基本性质，以及在天体物理、 实验室研究和前沿领域中的应用。
等离子体的基本概念
• 解释等离子体的概念 • 比较等离子体与其他物态的差异
等离子体的产生
1 切割/焊接技术中的等离子体
探讨等离子体在金属切割和焊接过程中的作用和产生方式
2 等离子体的发光现象
等离子体的实验室研究
1
实验室设备简介
介绍用于研究等离子体的实验室设备，
等离子体实验的基本技术
2
包括等离子体发生器和诊断工具
讨论实验中的主要技术，如等离子体
控制和诊断方法
3
等离子体实验的数据分析方法
介绍分析实验数据的常见方法，以及 结果的解释
等离子体学的前沿领域
1 等离子体在核聚变中的应用
探索等离子体在核聚变反应中的重要性，并解释其在未来能源领域的潜力
等离子体物理课程
世界图书出版社影印；
教学大纲
本课程是大学本科及研究生的等离子物理入门课程。讲授等离子体物理与聚变的基本知识，同时介绍实验室等离子体、空间和天体物理研究中的相关进展等。采用课堂讲授和专题自学的方法进行。力求课堂内容重点突出，结合科研个例进行讲解，介绍最新前沿研究情况。
最终目标培养同学的科学思维能力，掌握一些基本的也是重要的计算技能，以利于同学们今后的学习和科研工作。
主要内容包括：
1. 聚变能利用原理和研究进展（2课时）
2. 等离子体基本概念（2课时）
3. 单粒子轨道理论（6课时）
4. 磁流体力学（6课时）
5.. 磁流体力学激波（4课时）
7. 等离子体中的输运过程（8课时）
8. 动理学理论简介（6课时）
9. 等离子体物理前沿（4课时）
Fluid Mechanics,L.D. Landau and E.M. Lifshitz,Pergamon Press,1987,Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion,Francis F. Chen,Springer; 2nd ed.,1984,
课堂讲授为主。
平时作业占20%，期末笔试占80%
教学评估
肖池阶：
英文简介
This course is intended as a genneral introduction to plasma physics for advanced undergraduate and first-year graduate students. It includes the basic concepts of plasmas, motion of charged particles, magnetohydrodynamics, plasma waves and instabilities, shock modes, collisions and transport processes in plasmas, kinetic theories, as well as some recent sduties on fusion plasma, space plasma, etc.
培养方案等离子体物理(学科代码070204)
培养方案——等离子体物理（学科代码：070204）一、培养目标本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实系统的等离子体物理理论基础和专门知识，掌握现代等离子体实验技能和基本诊断技术，了解等离子体物理的前沿领域和发展动态，能够适应我国经济、科技、教育发展需要，在相关领域内独立开展创新性的研究工作，从事等离子体物理及其应用方面的科学研究或高等学校从事教学工作的高层次专门人才。
二、研究方向1. 基础等离子体物理、2. 高温聚变等离子体物理、3. 低温等离子体及其高技术应用、4. 等离子体诊断物理三、学制及学分按照研究生院有关规定。
四、课程设置英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。
学科基础课和专业课如下所列。
基础课：PH05101 高等量子力学（B）★1（4） PH05102 近代物理进展（4）PH05104 高等电动力学(Ⅱ)★2（4） PH45201等离子体电磁流体力学（4）PH45202 等离子体诊断方法（4）专业课：PH44201 等离子体物理理论（4） PH45210 非线性等离子体物理导论（4） PH45211 等离子体动理学（4） PH45212 现代等离子体技术（4）PH45213 聚变等离子体数值计算（2） GP25206 等离子体的粒子模拟方法（3） PH05103 高等电动力学（4）PH46201 磁约束等离子体物理原理（3）PH46202 托卡马克先进运行模式（2） PH46203 惯性约束等离子体原理（3） PH46204 激波与高温流体力学现象（2） PH46205 尘埃等离子体物理基础（3） PH46206 带电尘埃的非线性现象（2） PH46207 等离子体目标物理（3） PH46208 非线性磁流体力学（3）PH46210 非平衡等离子体及其材料处理（3）PH46211 微波激发等离子体原理（2）PH46214 非线性等离子体中的混沌与结构（3） PH46215 剪切流等离子体中的线性和非线性过程（3）PH46216 特殊环境等离子体诊断技术（3）备注：★1和★2二门课程研究生可根据导师要求选择其中一门即可。
等离子体物理
前景
自20世纪20年代特别是50年代以来，等离子体物理学已发展成为物理学的一个十分活跃的分支。在实验上， 已经建成了包括一批聚变实验装置在内的很多装置，发射了不少科学卫星和空间实验室，从而取得大量的实验数 据和观测资料。在理论上，利用粒子轨道理论、磁流体力学和动力论已经阐明等离子体的很多性质和运动规律， 还发展了数值实验方法。半个多世纪来的巨大成就，使人们对等离子体的认识大大深化；但是一些已提出多年的 问题，特别是一些非线性问题如反常输运等尚未得到完善解决，而对天体和空间的观测的进一步开展，以及受控 热核聚变和低温等离子体应用研究的发展，又必定会带来更多新的问题。今后一个相当长的时期内，等离子体物 理学将继续取得多方面的进展。
要研究或利用各种人造的等离子体，必须先把它们制造出来；而要制造任何一种新的等离子体或者扩展它的 性能参量，又往往必须对它先有一定的认识。由此可见，对于人造等离子体，只能采取边制造边研究，研究和制 造循环结合、逐步前进的办法。例如，受控核聚变等离子体的研究，就是通过一代又一代的实验装置，来产生具 有特定性能的等离子体，逐步提高它们的温度和约束程度。而每一代装置的设计，又必须在已有等离子体实验的 基础上，通过理论方面的外推和定量演算，加以确定。
图书介绍
内容简介
基本信息
图书目录
书名:等离子体物理 作 者：郑春开 出版社：北京大学出版社 出版时间： 2009-7-1 ISBN: 31 开本： 16开 定价: 25.00元
本书比较系统地介绍了等离子体物理的基本概念、基本原理和描述问题及处理问题的方法。书中着重突出物 理概念和物理原理，也有必要的数学描述和推导。全书共7章，内容包括：聚变能利用和研究进展、等离子体基本 性质及相关概念、单粒子轨道理论、磁流体力学、等离子体波、库仑碰撞与输运过程和动理学方程简介。这些内 容都是从事核聚变和等离子体物理及相关学科研究人员所必需的，也是进一步学习核聚变与等离子体物理及相关 学科专业课程的重要基础。为教学使用和学生学习方便，本书编有附录和习题，供查阅选用。
等离子体物理学(物理学分支学科)
发展趋势
0 2
常见的等离 子体
0 1
等离子体
0 3
等离子体的 性质
0 4
电离
0 5
组成粒子
0 6
速率分布
等离子 体 等离子体（等离子态，电浆，英文：Plasma）是一种电离的气体，由于存在电离出来的自由电子和带电离子，
等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子态在宇宙中广泛存在，常被看作物质的第四 态（有人也称之为“超气态”）。等离子体由克鲁克斯在1879年发现，“Plasma”这个词，由朗廖尔在1928年最 早采用。
* 1常见的等离子体
* 2等离子体的性质
o 2.1电离
o 2.2组成粒子
o 2.3速率分布
* 3参见
常见的等离子 体
等离子体是存在最广泛的一种物态，目前观测到的宇宙物质中，99%都是等离子体。 *人造的等离子体 o荧光灯，霓虹灯灯管中的电离气体 o核聚变实验中的高温电离气体 o电焊时产生的高温电弧 *地球上的等离子体 o火焰（上部的高温部分） o闪电 o大气层中的电离层 o极光 *宇宙空间中的等离子体
相比于一般气体，等离子体组成粒子间的相互作用也大很多。
速率分 布
一般气体的速率分布满足麦克斯韦分布，但等离子体由于与电场的耦合，可能偏离麦克斯韦分布。
发展简史
发展简 史 19世纪以来对气体放电的研究；19世纪中叶开始天体物理学及20世纪对空间物理学的研究；1950年前后开始
对受控热核聚变的研究；以及低温等离子体技术应用的研究，从四个方面推动了这门学科的发展。
19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上 是等离子体实验研究的起步时期。1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的 电离气体。美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。1929年美国的L. 汤克斯和朗缪尔指出了等离子体中电子密度的疏密波（即朗缪尔波）。
等离子体及其物理特性
4.(4)电子平均动能 。
5.(5)空间电位分布。
此外，由于等离子体中带电粒子间的相互作用是长程的库仑力，使它们在无规则的热运动之外，能产生某些类型的集体运动，如等离子振荡，其振荡频率f，称为朗缪尔频率或等离子体频率。电子振荡时辐射的电磁被称为等离子体电磁辐射。
3.稀薄气体产生的辉光放电
本实验研究的是辉光放电等离子体。
正辉区是我们感兴趣的等离子区。其特征是：气体高度电离；电场强度很小，且沿轴向有恒定值。这使得其中带电粒子的无规则热运动胜过它们的定向运动。所以它们基中上遵从麦克斯韦速度分布律。由其具体分布可得到一个相应的温度，即电子温度。但是，由于电子质量小，它在跟离子或原子作弹性碰撞时能量损失很小，所以电子的平均动能比其它粒 子的大得多。这是一种非平衡状态。因此，虽然电子温度很高（约为105）， 但放电气体的整体温度并不明显升高，放电管的玻璃壁并不软化。
电导率探针由磁场线圈和探测线圈组成。它利用磁场和等离子体相互作用原理来确定等离子体的电导率。电导率探针有电导率计（图7)和射频电导率探针（图8）等类型。对于电导率计，当高速运动的等离子体切割其磁场线圈的磁力线时，等离子体中便产生感应电流。这又在探测线圈中造成磁通量的变化并感生出电动势。在已知等离子体运动速度的情况下，测量探测线圈中的感应端电压，可以得到等离子体的电导率。射频电导率探针是把磁场线圈和探测线圈合成一个。它利用振荡器产生高频振荡，并通过电介质窗口传输到等离子体中，从而感应出涡流，涡流又影响线圈的阻抗。测量线圈的品质因数（Q值）或谐振频率的变化,可以确定等离子体的高频电导率。 微波法利用电磁波频谱中的微波与等离子体相互作用的原理来测量等离子体参量的方法。微波在等离子体中传播时,会使微波器件的工作状态发生变化（如Q值下降等），并发生吸收、相移以及反射、折射、散射等过程。相应的衰减量、相移量和反射量等物理量可由实验测定，而它们对等离子体的电子密度、碰撞频率等参量的依赖关系则可由理论分析给出。基于这类现象的诊断称为微波传输测量，它分为空腔法和自由传播法两种。图9给出自由传播法的三种基本方法，可进行衰减测量、反射测量和相移测量等。另一类微波法是测量等离子体的微波辐射（如黑体辐射、轫致辐射、回旋辐射和相干辐射等），从而获得有关等离子体温度、不稳定性等特性的信息。
等离子体物理学
等离子体物理学等离子体物理学是一门研究等离子体性质和行为的学科，它涉及到等离子体的产生、演化和应用。
等离子体是物质的第四态，由离子和自由电子组成，具有很多独特的性质和行为。
1. 等离子体的产生等离子体可以通过多种方法产生。
其中一种常见的方式是在高温下加热气体，使其分子电离，并激励电子进入高能级状态。
这样产生的等离子体称为热等离子体。
另一种方式是使用强电场或强激光束将气体分子电离，产生等离子体。
这样产生的等离子体称为非热等离子体。
等离子体的产生过程在工业中有着广泛的应用，例如等离子体刻蚀技术、等离子体喷涂技术等。
2. 等离子体的性质和行为等离子体具有许多独特的性质和行为，使其成为研究和应用的重要领域之一。
2.1 等离子体的导电性由于等离子体中带有自由电子和离子，它具有良好的导电性。
在外加电场的作用下，等离子体中的电子和离子会受到电场力的驱动，形成电流。
这种导电性使等离子体在等离子体技术和能量传输方面有着广泛的应用。
2.2 等离子体的自激振荡和波动性等离子体中的电子和离子会受到外界的激励，进而发生自激振荡。
这种自激振荡可以产生电磁波，例如等离子体激光器中的激光。
此外，等离子体还可以支持多种波动，包括电磁波和物质波。
这些波动现象在等离子体波动理论和等离子体诊断中被广泛研究和应用。
2.3 等离子体的聚变与束缚在高温和高密度条件下，等离子体中的核反应可以产生聚变能量。
聚变是太阳和恒星的能量来源之一，也是人类进行核聚变能研究的重要方向。
此外，借助强磁场的约束，等离子体还可用于磁约束聚变实验和聚变堆的研究。
3. 等离子体物理学的应用等离子体物理学在许多领域有着广泛的应用。
3.1 等离子体技术等离子体技术被广泛应用于微电子制造、半导体工艺、涂层和材料处理等领域。
等离子体技术可以通过控制等离子体的性质和行为来改变材料表面的性质，提高材料的硬度、附着力和防腐蚀性能等。
3.2 等离子体诊断等离子体诊断是研究等离子体属性和行为的重要手段。
本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性
本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性等离子体物理是介绍等离子体基本概念和研究等离子体相关领域的交叉学科。
等离子体其存在的参量空间非常宽广，它占了整个宇宙的99%。
与等离子体宽广的参数空间相对应，等离子体物理学有宽广的研究领域和广阔的应用前景。
目前，等离子体主要的研究和应用领域有：受控热核聚变、天体等离子体物理、航空国防、低温等离子体物理、高能高密度物理、粒子加速等。
然而，在大学的物理类专业的教材中却难以找到等离子体相关的内容，国内大多是高等院校内等离子体物理是一门新学科，只有在《电磁学》和《电动力学》教材中有与等离子体相关内容，所涉及的等离子体概念也是比较模糊，其中等离子体基本物理性质的介绍很少，而且是选读内容。
即使是针对物理类的本科专业，开设《等离子体物理基础》课程的院校也非常少见，非物理类专业的学生更没有机会接触等离子体相关的知识。
这样，对绝大部分本科生来说等离子体是一个新概念，他们对等离子体物理的了解是非常少甚至无所了解。
这导致本科生在校时对等离子物理和相关领域了解的缺乏，对毕业以后的就业、考研究生过程的选专业以及对等离子体物理和整个物理学未来的发展都带来一定的负面影响。
这种局面的形成和等离子体物理本身发展有关，也和高等院校对等离子体物理的重视程度有关。
本文根据新疆大学对物理类本科生开设的《等离子体物理基础》课程为例，从以下这方面讨论本科阶段开设《等离子体物理基础》课程的重要性。
1. 提高学生物理学综合知识方面的作用等离子体物理是一门建立在多门基础物理学科之上的交叉学科，其理论的学习一般要求学生必须具备相当深度和广度的物理基础。
例如，等离子体物理的内容与力学、电磁学、光学，热力学、电动力学和磁流体力学等课程有密切关系。
在大学本科阶段通过开设《等离子体物理基础》课程，使将学生有机会更深入地掌握、理解和应用已学过的物理专业基础课的内容，进一步提高学生的专业基础水平。
实际上，物理学有关的很多基础专业课程的内容都能够在等离子体物理中找到自己的应用领域，而等离子体物理本身较强的应用性和创新性，为抽象的物理理论课生动化、实用化，给学生提供一个很好扩大知识面的机会。
等离子体物理学中的等离子体演化与特性分析
等离子体物理学中的等离子体演化与特性分析等离子体是一种高度电离的气体状态，具有高温和高能量的特点。
在等离子体物理学中，对等离子体演化与特性的研究是非常重要的。
本文将从等离子体的起源、演化过程以及其特性分析等方面进行探讨。
一、等离子体的起源和演化过程等离子体的起源主要有两个方面的原因。
首先，高温能够提供充足的能量，使得原子或者分子中的电子脱离束缚，形成自由电子。
其次，强电磁场的作用也能够导致电子的脱离。
当电子脱离原子或者分子后，就形成了等离子体。
等离子体的演化过程主要有两种形式。
一种是自然形成的等离子体，例如闪电、太阳耀斑等。
另一种是人工产生的等离子体，例如等离子体切割、等离子体注入等。
等离子体的演化过程受到许多因素的影响，包括电磁场、温度、密度等。
这些因素对于等离子体内部的粒子运动和相互作用起着重要的作用。
二、等离子体的特性分析等离子体具有许多独特的特性，这些特性使得它在科学研究和工业应用中得到了广泛的应用。
以下是等离子体特性的一些分析。
1. 等离子体的物理性质等离子体具有高度电离的特点，其中正负电荷之间的电中性部分很小。
这使得等离子体表现出与固体、液体和气体不同的物理性质。
例如，等离子体是导电的，能够传导电流和产生磁场。
此外，等离子体还显示出等离子振荡和等离子波的特性。
这些物理性质为等离子体在能源传输和天体物理等领域的应用提供了基础。
2. 等离子体的能量传递与损耗等离子体内部的粒子运动产生了能量的传递和损耗。
等离子体的能量传递与损耗过程非常复杂，涉及到粒子碰撞、电磁辐射、能量输运等多个因素。
对于理解等离子体的能量传递与损耗机制，对等离子体工程中的能量控制和优化至关重要。
3. 等离子体的诊断与控制对等离子体进行诊断和控制是等离子体物理学研究的重要方向之一。
通过对等离子体的诊断，可以获取等离子体的参数信息，如温度、密度、电荷等。
这些参数对于等离子体的研究和应用具有重要意义。
同时，对等离子体的控制也是实现等离子体的有效利用的关键。
高等等离子体物理II教学大纲
《高等等离子体物理II》王晓钢北京大学物理学院主要参考书：Galeev and Sagdeev, Nonlinear Plasma Theory, Atomizdat, 1973 Chen, Waves and Instabilities in Plasmas, World Scientific, 1987 Kadomtsev，《等离子体中的集体现象》，原子能出版社，1979第一章：带电粒子的非线性动力学1.1角变量作用量与Hamiltonian量1.2 波粒子共振，相空间“粒子捕获岛”，混沌第二章：准线性理论2.1 准线性近似2.2准线性理论的守恒性质2.3 渐进“展平”及应用第三章：非线性波3.1 有质动力3.2参数不稳定性、共振与非共振相互作用、调制不稳定性3.3 非线性Schrödinger方程与孤立子第四章：湍流理论4.1引言4.1.1 等离子体中的运动模式我们知道，等离子体中存在着各种时空尺度，因此也就存在着各种运动模式。
典型的运动模式包括等离子体中的各种波和与几何位形相关的各种模（如扭曲模、交换模、撕裂模、气球模等）。
等离子体中运动模式在线性阶段都是指数发展的。
如果一种模式发展得很快，压制了其它模式，我们得到的是该种模式的不稳定性。
最后导致单模非线性发展。
比如锯齿振荡不稳定性就是1n=的非线性发展的结果。
这种强非线性不稳定性由于等离子m=，1体的自由能集中到一或少数几个模式（如误差场锁模和相邻新经典撕裂模磁岛的重叠等），往往引起灾害性的后果（托卡马克等离子体的大破裂和小破裂）。
如果很多模式都在相近的时间尺度里同时发展起来，则等离子体中有限的自由能就被这些模式所分散。
每个模式在非线性阶段由于得不到足够的驱动而饱和。
或者是它们不断地把自由能传递到小尺度（高波数）模式而达到谱的展宽。
这样有很多模式，特别是高波数模式，发展起来并且其能量分布服从一定统计规律的等离子体运动状态，被称为湍性状态，或等离子体湍流状态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高等等离子体物理（一）线性理论（研究生教材）王晓钢北京大学物理学院2009年2月等离子体的流体理论1. 等离子体的流体描述1.1 等离子体的双流体模型1.2Hall磁流体（Hall-MHD）模型1.3 电子磁流体（E-MHD）模型1.4 理想磁流体力学（MHD）方程组1.5 位力定理1.6 变分原理2. 理想磁流体平衡2.1 磁场与磁面2.2 Z-箍缩与 -箍缩2.3 一维平衡与螺旋箍缩2.4 Grad-Shafrano方程3. 等离子体的理想磁流体稳定性3.1 能量原理3.2扭曲模与交换模3.3 一维稳定性，直柱托卡马克4. 磁流体力学波4.1 线性磁流体（MHD）方程4.2 非磁化等离子体中的磁流体波4.3 磁化等离子体中的磁流体波5. 均匀等离子体中的波（双流体理论）5.1 双流体模型5.2 介电张量与色散关系5.3 静电波简介5.4 准静电波与准电磁波5.4 电磁波简介1. 等离子体的流体描述1.1 等离子体的双流体模型等离子体是由大量带电粒子组成的物质状态。
一般意义上的等离子体由带正电的离子和带负电的电子组成。
由于带电粒子之间的Coulomb 长程相互作用，等离子体呈整体电中性，即总的正电荷与负电荷相等。
因此，除特殊的非中性（一般是强耦合的）等离子体之外，我们可以用带负电的电子流体和带正电的离子流体组成的“双流体”模型来描述等离子体的宏观行为。
这种近似牵涉到等离子体时空尺度的讨论，我们在后面将进一步详细论述。
基于流体力学的图像及其近似，或者从统计物理的分布函数及其满足的方程（如Vlasov 方程或者Fokker-Planck 方程等，取决与碰撞项的形式，这里用类Markov 过程的碰撞项00()/()f f f f τν-≡-）出发，我们得到“双流体”方程组： 连续性方程（统计方程的零阶矩）()0n n t ααα∂+∇⋅=∂u ， (I-01) 动量方程（力平衡方程，统计方程的一阶矩）n m t ααααα∂⎛⎫+⋅∇= ⎪∂⎝⎭u u u p n q n m c αααααβαααβν⨯⎡⎤=-∇++-⎢⎥⎣⎦∑u B E u ， (I-02)状态方程（对统计方程各阶矩的“不封闭链”（Hierarchy ）的一种截断）p p p tαααααγ∂+⋅∇=-∇⋅∂u u ； (I-03) Coulomb 定律（Poisson 方程）4n q αααπ∇⋅=∑E ，(I-04)Ampere 定律4141n q c c t c c t ααααππ∂∂⎛⎫⎛⎫∇⨯=+≡+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭∑E E B J u ， (I-05)Gaussion 定理0∇⋅=B ，(I-06)Fayraday 定律 1c t ∂∇⨯=-∂B E ； (I-07) 这里,i e α=；对α类粒子来说：n α是粒子数密度，m α是粒子质量，q α是粒子电荷，αu 是流体速度，p n T ααα=是理想气体近似下的分压强；而αβν是α类与β类粒子之间的碰撞频率（当αβ=时为自碰撞）。
E ，B ，J 则分别是电场强度、磁感应强度、和等离子体电流密度。
关于状态方程，我们以后会进一步讨论。
这里我们只是指出：参数γ的取值决定等离子体的状态，如等温（isothermal ）状态对应 1γ=；不可压缩状态对应γ→∞；其它的γ值对应“绝热”状态。
1.2 Hall 磁流体（Hall-MHD ）模型一般来说，双流体模型是描述等离子体宏观（大于粒子回旋半径的尺度）运动的有力工具；在高频波段也可以应用，甚至在回旋半径的尺度上也可以得到一些有用的结果。
但是，由于电子与离子质量之间超过三个数量级的差别，在具体计算双流体模型的时候，会遇到所谓“刚性”问题：即电子已经完全改变了运动状态，离子还基本没有动！这使得我们在计算离子时空尺度下的物理问题时，耗费大量的计算机时间。
而且由于code 本身的精度，即使经过长时间运算看到了离子的运动，其结果或者是看到了很强的数值不稳定性、或者是很难令人相信。
而为了稳定code 引进的数值耗散，则往往带来人为的非物理的效应。
即使对纯理论的解析推导，不仅过程繁杂，而且得到的物理图像也不清晰。
所以我们经常引进进一步的近似。
因为离子运动的时间尺度远远长于电子的时间尺度（通常在40倍以上，对于回旋运动来说则可以大于1840倍），所以我们在主要考虑离子运动时，可以认为电子响应是“瞬时”的（instantaneously or simultaneously ）。
这样，我们可以保持其它方程不变，近似地把（I-02）中电子的质量趋于零，得到：e e e e e p n e c n e η⨯∇+=--u B E u ， (I-02e)这里24/e pe ηπνω≡是所谓的“Spitzer 电阻”。
利用在“准电中性”近似i e n n ≈下，/e i e n e =-u u J ，i i e e e e n e n e n e =-≈-J u u u 是等离子体电流，这个方程可以写为： ()i e e i i e e e e p p n e c n ec n e n ec n eηη⨯∇∇⨯⨯+=-+-≈-+u B J B J B E J u J 。
必须注意到：这里我们还用到了e i >>u u 的条件。
明显地，e i >>u u 要求电子运动与离子运动的分离，即所谓Hall 效应。
所以我们称这个近似模型为Hall 磁流体模型；这个方程则称为Hall 磁流体的广义欧姆定律（Hall MHD Generalized Ohm’s Law ）。
方程中的/e n ec ⨯J B 明显地就是我们在电磁学课程里熟知的Hall 电场项。
1.3 电子磁流体（E-MHD ）模型而另一方面，我们在主要考虑电子运动时，可以认为离子响应是“无穷慢”的，或者说离子可以看成是保持总体电中性的“背景”。
或者说，把离子看成是“稳态”的（/0t ∂∂=，但是可以有0i ≠u ）。
将/0t ∂∂=的近似带入离子的方程，得到的是所谓电子磁流体（Electron MHD ）模型。
这个模型也是在电子和离子的运动分离的情况下得到的，适用于比Hall MHD 模型更小的空间尺度和更快的时间尺度的问题。
1.4 理想磁流体（MHD ）方程组如果不仅整体等离子体呈电中性，而且在非常小的局部也呈电中性，我们可以把这个局部取做流体元，则有e i n n n ==。
上面（I-04）的右边等于零，而（I-02）的不同电荷粒子方程相加可以消去小尺度下（即流体元）的电场。
这样可以在很多情况下使问题得到简化。
这个图像，我们称为磁流体（magnetohydrodynamics, MHD ）近似（或称“磁流体力学”近似）。
在这个近似下，宏观的“大尺度”电场满足的方程可以由（I-02）两式之差（得到的Ohm 定律）来计算。
这一节里，我们详细讨论这一近似。
等离子体过程的时空尺度研究物理问题时首要的是讨论时空尺度。
经典的宏观（大空间尺度）、低速（慢时间尺度）下的牛顿力学与相对论（快时间尺度）、量子力学（小空间尺度）的适用范围就是典型例子。
在等离子体中存在着很多的运动模式，我们无法、也没有必要同时考虑所有这些运动模式。
那么哪一种（或者几种）运动模式是主导的、起着决定作用的？要回答这个问题，就要进行时空尺度分析：我们关心的是哪个时空尺度下的物理问题，在这个时空尺度下存在哪几种运动模式？所以，对于等离子体这样的存在大量运动模式的连续介质来说，时空尺度分析尤其重要。
磁流体（MHD ）理论的基本假设磁流体理论本质上来说是一种与流体力学相类似的连续介质的理论。
因为考虑宏观的大尺度问题，其特征长度H L （或0L ）一般可以看成是所研究等离子体区域的大小，比如柱形等离子体的横截面（的半径）。
而特征时间尺度H τ（或者特征频率~1/H H ωτ）则可以用一个特征信号穿越这一尺度的时间来表征。
这等于特征尺度H L 与特征信号在等离子体这一介质中传播的速度之比。
在流体理论里，这显然是声速()1/2/s m c p γρ=，这里m ρ是质量密度。
但是在磁化等离子体中，对于大尺度的MHD 问题来说，这一特征速度是所谓Alfvén 速度()1/2/4A m V B πρ≡。
当然，如果所研究的等离子体可以看成是一个驱动（driven ）系统，那么其特征时间尺度应该由驱动频率给出。
磁流体（MHD ）理论基于下列假设：* 非相对论假设： /~/~H H typical k L V c ωτ<< 01→∂∂⇒tc E * 流体假设：1）局域热力学平衡（局域Maxwellian 分布）假设： ~ii H H τωτ<<（要求较高碰撞频率：压强是标量，0→Π）；2）忽略有限Larmor 半径（FLR ）效应：ce ci H Ω<<Ω<<ω，//1e H i H L L ρρ<<<<;3）单流体（准电中性）假设（即Debye 球内有大量粒子，也称等离子体假设）：1/3n -<<D H L λ<<，H pe ωω<<，0n q ααα⇒→∑。
我们会发现，局域Maxwellian 分布的假设对于“无碰撞”理想（ideal ）等离子体（其平均自由时间,,ee ii ei H ττττ>>）来说的不是一个好的假设。
我们需要进一步讨论：1） 粒子间“碰撞”（collision ）和关联（correlation ）之间的关系，以及长程碰撞的“集体”（collective ）效应和短程碰撞之间的关系；2） 以及导向中心理论的回旋动理学（gyrokinetic ）和漂移动理学（drift-kinetic ）近似。
磁流体（MHD ）方程组如果我们利用e i n n n ==，定义小的等离子体元的“单流体”物理量：质量密度：()m i e i n m m nm ρ≡+≈，流体速度i i i e e e e i e i i i e e in m n m m n m n m m +==+≈+u u u u u u ，等离子体压强()e i p n T T =+，等离子体电流()i e ne =-J u u ，将（I-01）、（I-02）分别对不同电荷分量求和得到连续性方程()0n n t ∂+∇⋅=∂u ， (I-08) 动量方程（并利用Ampere 定律）()4i nm p p t c π∂⨯∇⨯⨯⎛⎫+⋅∇=-∇+=-∇+ ⎪∂⎝⎭u J B B B u u 。
(I-09)而电子的动量方程（I-02）（e α=时）可以写成e c ⨯+=u B E e e e e e e e p m m ne e e t αν∇∂⎛⎫---+⋅∇ ⎪∂⎝⎭u u u u ， 这里e ν包括了电子自碰撞ee ν及电子—离子碰撞ei ν；或者c ⨯+=u B E 2e ee p m nec ne ne t η∇⨯∂⎛⎫-+++⋅∇ ⎪∂⎝⎭J B J u J e ee e m m e e t ν∂⎛⎫--+⋅∇ ⎪∂⎝⎭u u u 。