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奥坤鑫:等离子体物理研究的理论描述
2016.10.19
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  【真空等离子设备】等离子体物理研究的理论描述包括近似方法和统计方法。
 
  粒子轨道理论和磁流体力学都属于近似方法。粒子轨道理论是把等离子体看成由大量独立的带电粒子组成的集体,只讨论单个粒子在外加电磁场中的运动特性,而略去粒子间的相互作用,也就是近似地求解粒子的运动方程。
 
  这种理论只适用于研究稀薄等离子体。在一定条件下的稠密等离子体,通过每种粒子轨道的确定,也可对等离子体运动作适当的描写,也能提供稠密等离子体的某些性质。不过,由于稠密等离子体具有很强的集体效应,粒子间耦合得很紧,因此这种理论的局限性很大。
 
  【等离子Plasma】磁流体力学不讨论单个粒子的运动,而是把等离子体当作导电的连续媒质来处理,在流体力学方程中加上电磁作用项,再和麦克斯韦方程组联立,就构成磁流体力学方程组,这是等离子体的宏观理论。
 
  它适用于研究稠密等离子体的宏观性质如平衡、宏观稳定性等问题,也适用于研究冷等离子体中的波动问题。
 
  然而,由于它不考虑粒子的速度空间分布函数,因此,它无法揭示出波粒相互作用和微观不稳定性等一系列细致和重要的性质。
 
  等离子体按其本性是一个含有大量带电粒子的多粒子体系,所以严格的处理方法就是统计方法,即求出粒子分布函数随时间的演化过程。这种理论就是等离子体动力论,也称为等离子体的微观理论。【常压等离子设备
 
  对于波动和微观不稳定性,动力论采用符拉索夫方程来研究。对于弛豫过程和输运问题,动力论采用福克-普朗克方程。
 
  微观理论可以得到宏观理论所得不到的许多常识。例如在波动问题方面,只有动力论才能导出朗道阻尼。
 
  至于微观不稳定性,主要讨论速度空间中偏离平衡态所引起的不稳定性,这类问题是宏观理论无法研究的。从动力论方程出发,可以导出磁流体力学的连续方程、动量方程和能量方程。【等离子处理机


 
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