第2章等離子體基本概念-資料下載頁
2025-07-20 09:15本頁面
【正文】 e l e n e n?? ? ?( 3 / 2 )keET?2 1/ 3/ 2 / 3 1p k e eE E e n T?/1pkEE/1pkEE ?宇宙和實驗室中等離子體參量 ? 見表 ? 等離子體振蕩頻率比電子碰撞頻率大很多（ 2～ 3個量級以上 ） ， 即等離子體中的碰撞過程比等離子體集體振蕩過程慢得多 ? 等離子體的特性是以集體效應(yīng)為主 p e ei??典型的等離子體密度、溫度區(qū)域 等離子體的描述方法 ? 等離子體中帶電粒子間既有短程庫侖作用引起的碰撞，又存在長程庫侖作用引起的集體運動，其中又有外加的強磁場，還有自身產(chǎn)生的電磁場，因此要 精確描述等離子體的行為極其困難 。目前，只能根據(jù)不同條件和研究的問題，采用不同的近似方法，對等離子體進(jìn)行描述。 1. 單粒子軌道描述法 ? 單粒子軌道描述法：研究單個帶電粒子在外加的電場或磁場作用下的運動，完全忽略等離子體中其他帶電粒子對它的作用。 ? 單個粒子的運動采用經(jīng)典和非相對論： 粒子運動用牛頓力學(xué)方程和粒子的初始條件 (空間位置和速度 )就可以完全確定 ? 單粒子軌道描述方法，是一種近似的方法，但方法簡單，物理圖像直觀，能夠給出帶電粒子在一些復(fù)雜的電磁場作用下運動的軌跡，也能較好的解釋等離子體的許多性質(zhì)。 2. 磁流體描述法 ? 把等離子體看成 導(dǎo)電流體 ， 用經(jīng)典流體力學(xué)和電動力學(xué)相結(jié)合的方法 ， 研究導(dǎo)電流體和磁場的相互作用 ， 它著重于等離子體的整體行為 。 ? 導(dǎo)電流體的運動比普通流體要復(fù)雜得多 ， 它既服從流體力學(xué) 的規(guī)律 ， 又服從 電動力學(xué) 的規(guī)律 ， 要用流體力學(xué)方程和電動力學(xué)方程聯(lián)合進(jìn)行描述 ， 形成了研究導(dǎo)電流體在電磁場中運動規(guī)律的科學(xué) ， 稱為 磁流體力學(xué) （ MHD） ? 磁流體描述法主要用于描述等離子體的 宏觀運動 ，如等離子體的集體振蕩 、 宏觀平衡 、 宏觀不穩(wěn)定性以及各種波動現(xiàn)象 。 3. 統(tǒng)計描述法 ? 單粒子軌道描述只考察單個粒子的運動，忽略了粒子間的相互作用； ? 磁流體描述法只考慮整體行為，忽略了單個粒子的運動，兩者都是近似的描述法。 ? 等離子體是由大量微觀粒子組成的體系，用 統(tǒng)計物理學(xué)的方法 才可揭示其更深刻的運動規(guī)律。等離子體的統(tǒng)計描述法是最基本的描述法。 ? 統(tǒng)計力學(xué)最基本的描述是定義粒子的位置、速度、時間的 分布函數(shù) ，然后確定分布函數(shù)滿足的方程，即動理學(xué)方程。 4. 粒子模擬法 ? 有些等離子體問題中，用磁流體描述法、統(tǒng)計描述法，都不足以描述等離子體行為，于是人們?nèi)ジ櫭總€粒子的軌道，以了解整個體系的行為，即粒子模擬法。 ? 粒子模擬就是通過跟蹤大量帶電粒子在自洽場和外加電磁場作用下運動來了解等離子體的某些行為。 ? 核聚變裝置中每立方米等離子體的總粒子數(shù)約為1019個，如果對這些粒子運動軌道都考慮，當(dāng)代計算機的容量就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如果只限于研究某類等離子體的某些特殊行為，實際上只需要考察一個相對小的模擬體系，這樣就可能用計算機模擬等離子體系的行為。 第 2章結(jié)束 謝謝！ 第 2章 習(xí)題與思考題 等離子體電荷屏蔽現(xiàn)象與準(zhǔn)電中性 屏蔽庫侖勢與德拜屏蔽長度的意義 試驗證屏蔽庫侖勢 ()式是 ()方程的解 。 （ 練習(xí)題 ） 完整地說明等離子體的定義 。 電子等離子體振蕩現(xiàn)象與等離子體振蕩頻率的意義（推導(dǎo)練習(xí)留在第 5章）
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