Введение в физику плазмы, Чен Ф., 1987

Введение в физику плазмы, Чен Ф., 1987.
  В книге американского физика Ф. Чена, вышедшей в США вторым изданием, представлены практически все проблемы современной физики плазмы, начиная с «классических», таких, как движение отдельных заряженных частиц, гидродинамическое описание плазмы, теория волновых движений плазмы, и кончая такими современными вопросами, как ударные волны, плазменное эхо, параметрические неустойчивости плазмы и др. Книга написана ясным языком, содержит много рисунков и схем, а также большое число задач. Ее можно использовать в качестве учебного пособия.
Для студентов, аспирантов, а также в качестве справочного пособия для специалистов но физике плазмы и работающих в смежных областях физики.

Определение плазмы.
Разумеется, не всякий ионизованный газ можно называть плазмой: какой бы газ мы ни взяли, в любом случае он имеет некоторую небольшую степень ионизации. Удовлетворительным определением плазмы является следующее:
Плазма — это квазинейтральный газ заряженных и нейтральных частиц, который проявляет коллективные свойства.
Понятия «квазинейтральный» и «коллективные свойства» требуют разъяснения. Что такое квазинейтральность, мы покажем в разд. 1.4. Понятие «коллективные свойства» поясним на следующем примере.
Рассмотрим силы, действующие на молекулу, скажем, в обычном воздухе. Поскольку молекула нейтральна, на нее не действует электромагнитная сила, а сила тяжести пренебрежимо мала. Молекула движется свободно до тех пор, пока она не испытает столкновение с другой молекулой; следовательно, движение частицы в воздухе определяется этими столкновениями. Действие макроскопической силы, приложенной к нейтральному газу, например от громкоговорителя, генерирующего звуковые волны, передается отдельным атомам благодаря столкновениям. В случае же плазмы, которая содержит заряженные частицы, ситуация становится совсем иной. Во время движения заряженные частицы изменяют локальные концентрации положительного и отрицательного зарядов, что приводит к возникновению электрических полей. С движением зарядов связаны также токи и, следовательно, магнитные поля. Эти поля на больших расстояниях могут влиять на движение других заряженных частиц.
Оглавление
Предисловие редактора перевода 5
Предисловие ко второму изданию 7
Предисловие к первому изданию 10
Глава 1. Введение 12
1.1. Распространенность плазмы в природе 12
1.2. Определение плазмы 13
1.3. Понятие температуры 15
Задачи 18
1.4. Дебаевское экранирование 18
1.5. Плазменный параметр 21
1.6. Критерии существования плазмы 22
Задачи 22
1.7. Применения физики плазмы 23
Задачи 27
Глава 2. Движение отдельных частиц 29
2.1. Введение 29
2.2. Постоянные поля Е и В 29
Задачи 35
2.3. Неоднородное поле В 36
Задачи 44
2.4. Неоднородное поле Е 45
2.5. Нестационарное поле Е 48
2.6. Нестационарное поле В 50
2.7. Сводка формул для скоростей дрейфа ведущего центра 52
2.8. Адиабатические инварианты 53 Задачи 59
Глава 3. Плазма как жидкость 61
3.1. Введение 61
3.2. Связь между физикой плазмы и обычной электродинамикой 62
Задачи 65
3.3. Гидродинамические уравнения 66
3.4. Дрейф жидкости перпендикулярно магнитному полю В 76
Задачи 81
3.5. Движение жидкости параллельно магнитному полю 82
3.6. Плазменное приближение 84
Глава 4. Волны в плазме 86
4.1. Представление волн 86
Задача 87
4.2. Групповая скорость 88
4.3. Плазменные колебания 89
Задачи 93
4.4. Электронные плазменные волны 93
Задачи 99
4.5. Звуковые волны 100
4.6. Ионно-звуковые волны 100
4.7. Обоснованность плазменного приближения 103
4.8. Различие между ионно-звуковыми и плазменными волнами 104
4.9. Электростатические электронные колебания, распространяющиеся перпендикулярно магнитному полю 106
Задачи 111
4.10. Электростатические ионные волны, распространяющиеся перпендикулярно В 112
4.11. Нижнегибридная частота 115
4.12. Электромагнитные волны при В0 = 0 116
4.13. Экспериментальные приложения 119 Задачи 122
4.14. Электромагнитные волны, распространяющиеся перпендикулярно В0 123
4.15. Отсечки и резонансы 127
4.16. Электромагнитные волны, распространяющиеся параллельно 130
4.17. Экспериментальные следствия 133 Задачи 136
4.18. Магнитогидродинамические волны 137
4.19. Магнитозвуковые волны 143
4.20. Основные типы волн в плазме (сводка формул) 144
4.21. Диаграмма Клеммова—Муллали—Эллиса 146
Задачи 148
Глава 5. Диффузия и сопротивление 154
5.1. Диффузия и подвижность в слабоионизованных газах 154
5.2. Распад плазмы вследствие диффузии 157
5.3. Стационарные решения 162
5.4. Рекомбинация 164
5.5. Диффузия поперек магнитного поля 165
Задачи 172
5.6. Столкновения в полностью ионизованной плазме 172
5.7. Уравнения одножидкостной магнитогидродинамики 179
5.8. Диффузия в полностью ионизованной плазме 182
5.9. Решения уравнения диффузии 183
5.10. Диффузия Бома и неоклассическая диффузия 186
Задачи 190
Глава 6. Равновесие и устойчивость 194
6.1. Введение 194
6.2. Равновесие в МГД-приближении 196
6.3. Понятие о величине Р 197
6.4. Диффузия магнитного поля в плазму 199
Задачи 201
6.5. Классификация неустойчивостей 203
6.6. Двухпотоковая неустойчивость 205
Задачи 208
6.7. Гравитационная неустойчивость 209
6.8. Резистивные дрейфовые волны 213
Задачи 216
6.9. Неустойчивость Вейбеля 216
Глава 7. Кинетическая теория 218
7.1. Функция распределения f (v) 218
7.2. Уравнение кинетической теории 223
7.3. Вывод гидродинамических уравнений 227
7.4. Плазменные колебания и затухание Ландау 230
7.5. Физический смысл затухания Ландау 235
7.6. Физический вывод затухания Ландау 244
7.7. БГК-моды и моды ван Кампена 250
7.8. Экспериментальная проверка 251
Задачи 253
7.9. Затухание Ландау на ионах 254
Задачи 260
7.10. Кинетические эффекты в магнитном поле 261
Задача 264
Задача 266
Глава 8. Нелинейные явления 274
8.1. Введение 274
8.2. Слои в плазме 277 Задачи 283
8.3. Ионно-звуковые ударные волны 284
Задача 291
8.4. Сила высокочастотного давления 292
Задачи 295
8.5. Параметрические неустойчивости 296
Задачи 302
Задачи 311
8.6. Плазменное эхо 311
8.7. Нелинейное затухание Ландау 315
Задачи 317
8.8. Нелинейные уравнения физики плазмы 317
Задача 321
Задача 323
Задачи 326
Задачи 331
Приложение А. Система единиц, константы и формулы, векторные соотношения 332
Приложение Б. Теория волн в холодной однородной плазме 337
Приложение В. Заключительное контрольное задание (для трехчасового экзамена 342
Приложение Г. Ответы к некоторым задачам 346
Предметный указатель 392.