基础空间等离子体物理学-上册课件.

●等离子体物理研究的基本问题： *等离子体平衡位形 *波动和不稳定性 *电磁辐射 *弛豫和输运 ●等离子体物理的三种理论描述方法：单粒子（或试探粒子） 轨道理论，磁流体力学理论，和动理学理论。 *单粒子（或试探粒子）轨道理论。它直接对大量带电粒子的集 合作轨道描述，由于存在多粒子间的相互作用，此问题只能 用计算机求解。但在许多情况下，可以先忽略粒子间的相互 作用，把多体问题简化成单个试探粒子在给定的外加电磁场 中的轨道运动。这虽然是电动力学问题，但由于在日-地空间 或某些实验装置中的电磁场位形往往非常复杂，故又专门发 展了一些有效的简化方法（如强磁场中的引导中心漂移近似， 高频电磁场中的振荡中心近似等），统称为单粒子（或试探 粒子）轨道理论，是等离子体的一种近似理论。在许多等离 子体物理问题中，试探粒子的轨道描述往往可以对等离子体 的行为作出更严格的零级近似。
中国科学院研究生院
基础空间等离子体物理学 (上册)
陈涛编写
2010，2
本课程讲义分上、下两册,由ppt文件直接打印装订成册. 上册由陈涛编写,内容包括: 导论 等离子体的基本概念 第一部分 单粒子轨道理论 下册由刘永编写,内容包括: 第二部分 磁流体力学理论 第三部分等离子体动理学理论 注1：plasma一词在物理学领域翻译成等离子体（大陆学 者），或电浆（台湾学者）。 注2：以前一些书刊中把kinetic theory翻译成动力论，容 易混淆dynamic和kinetic两词的物理区别。Dynamic(动力 的)一词用在描述与力有关的过程，而kinetic描述与粒子 运动速度有关的过程。为了区分它们，后来国家标准词条 把kinetic theory重新翻译成动理学理论，简称动理论。 本课程中我们采用动理学理论（或动理论）的翻译名称。
导论 等离子体的基本概念
●等离子体的定义 ●等离子体物理研究的几个相对独立的领域 ●等离子体物理研究的基本问题 ●等离子体物理的三种理论描述方法 ●等离子体的几个基本参数 ●碰撞 ●等离子体电导率
●等离子体的定义 等离子体是由大量正、负电荷数相等的带电粒子组成的非凝聚 系统。 等离子体状态是物质存在的基本形态之一，与固态、液态和气 态并列，称为物质的第四态。宇宙中大部分物质处于等离子 体状态，人造等离子体在科学技术中的重要性正在迅速提高。 等离子体物理学研究等离子体的基本运动规律。等离子体的主 要特征是：粒子间存在长程库仑（Coulomb）相互作用。等 离子体的运动与电磁场的运动紧密耦合，存在极其丰富的集 体效应（collective effect）和集体运动模式。等离子体 物理学以等离子体的整体形态和集体运动规律、等离子体与 电磁场及其他形态物质的相互作用为主要研究对象。 与物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常宽 广（其密度、温度和磁场强度都可以跨越十几个数量级）； 等离子体的形态和性质受外加电磁场的强烈影响，并存在极 其丰富的集体运动模式（如各种静电波、漂移波、电磁波及 非线性的相干结构和湍流）；此外，等离子体对边界条件还 十分敏感。因此，等离子体性质的研究强烈地依赖于具体的 研究对象。
上册目录:
导Hale Waihona Puke Baidu 等离子体的基本概念„„„„„„„„„„„„„3 第一部分 单粒子轨道理论„„„„„„„„„„„„ 28 第一章 单粒子在外加电磁场中的运动„„„„„„„28 第二章 捕获粒子„„„„„„„„„„„„„„„„53 第二部分 磁流体力学理论„„„„„„„„„„„„ 70 第一章 磁流体力学基本理论„„„„„„„„„„ 71 第二章 等离子体波的磁流体理论„„„„„„„„ 126 第三章 磁流体力学激波„„„„„„„„„„„„ 189 第四章 磁流体力学不稳定性„„„„„„„„„„ 219 第五章 磁场重联（补充内容）„„„„„„„„„ 255
●等离子体物理研究的几个相对独立的领域 当今等离子体物理研究主要集中在以下几个相对独立的领域： *热核聚变能源研究（高温碰撞等离子体） *空间等离子体物理（低温无碰撞等离子体）和天体等离子体 物理（各种极端参数条件下的等离子体） *气体放电和电弧的工业应用（低温等离子体及其与物质相互 作用） *强流带电粒子束的现代高科技应用（非中性等离子体及其与 强静电、电磁波场的相互作用）。 《空间等离子体物理学》：在日地空间和整个日层空间发生的 大多数物理过程是等离子体物理过程，对其中基础性的和共 同性的现象与规律的研究就形成了一门新的学科分支——空 间等离子体物理学。目前从整体上看它主要还是研究日地及 日层空间中的等离子体物理现象。它既是等离子体物理学的 一个分支，也是空间物理学的一个分支，是空间物理、太阳 物理和等离子体物理之间的交叉学科，具有其独特的地位和 作用。
主要参考书目录：
[1] W. Baumjohann and R. A. Treumann, Basic Space Plasma Physics, Imperial College Press, 1997 [2] R. A. Treumann and W. Baumjohann , Advanced Space Plasma Physics, Imperial College Press, 1997 [3] G. K. Parks, Physics of Space Plasmas: An Introduction, Second Edition: Westview Press, A Member of the Perseus Books Group，2004 [4] Paul M. Bellan, Fundamentals of Plasma Physics, Cambridge University Press, 2006 [5] T.J.M.Boyd and J.J.Sanderson, The Physics of Plasmas, Cambridge University Press, 2003 [6] 徐家鸾，金尚宪，等离子体物理学，原子能出版社，1981 [7] 国家自然基金委员会，等离子体物理学，科学出版社，1994 [8] 胡希伟，等离子体理论基础，北京大学出版社，2006 [9] 李 定，陈银华，马锦秀，杨维紘，等离子体物理学，高等教育出版社， 2006 [10] 康寿万，陈雁萍，等离子体物理学手册，科学出版社，1981 [11] 吴望一，流体力学，北京大学出版社，１９８２