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等离子体动力论等离子中线性波

2018/06/1996 作者:佚名
导读: 在周围环境条件作用下,等离子体中发生复杂的运动过程,诸如能量的吸收和发射,各种运动形态之间的转化,各种输运过程(粒子扩散、电流传导、能量传输、……)等。在这些过程中,如果粒子之间的碰撞起主要作用,通常叫正常过程(例如正常扩散、正常电导、……),如果其有集体运动性质的波动起主导作用,就叫作反常过程。这个名词习惯上的沿用,实际上在等离子体中,常常遇到的是反常输运。自从50年代末期以来,对于基本上

在周围环境条件作用下,等离子体中发生复杂的运动过程,诸如能量的吸收和发射,各种运动形态之间的转化,各种输运过程(粒子扩散、电流传导、能量传输、……)等。在这些过程中,如果粒子之间的碰撞起主要作用,通常叫正常过程(例如正常扩散、正常电导、……),如果其有集体运动性质的波动起主导作用,就叫作反常过程。这个名词习惯上的沿用,实际上在等离子体中,常常遇到的是反常输运。

自从50年代末期以来,对于基本上处于比较均匀、平稳的状态,只有微弱扰动的等离子体,从符拉索夫方程或电磁流体力学方程出发,作了系统的研究。这是一些可以把非线性项作为微扰处理的简单情况。

在这种情况下,作为零级近似,先不考虑非线性项,方程退化为线性方程组。线性方程组具有一系列特征振荡,这就是等离子体中的波。等离子体由许多物理量描述(电子、离子密度、速度、电场、磁场),在振荡过程中,按照这些物理量相对运动状态的不同,可以把等离子体中的波分为多种不同类型的分支。在没有外加磁场的等离子体中,

最常见的波有三种

①离子不动,电子作纵向振荡的等离子体波;

②离子不动,电磁场和电子作横向振荡的电磁波;

③离子和电子一起振荡的离子声波。在有外加磁场的等离子体中,波的类型更多达数十种。等离子体中波的类型的丰富是所有物理学分支中少见的。

形成振荡

要形成振荡,一个必不可少的条件是对于偏离平衡分布的微小扰动要有恢复力。常见的是一般气体中的声波,恢复力是压力。对于一般气体,粒子之间碰撞频率比声波振荡频率大得多,在声波振荡过程中,碰撞使媒质处于局部热动平衡状态。高密度点压力大,压力排开高密度,形成振荡。对于等离子体振荡,粒子分布不处于局部热动平衡状态,恢复力一般不是压力,而是平均自洽场产生的电磁力。电子在作等离子体振荡时,在电子密度加大的地点,由于静电斥力,电子彼此排开;而在密度稀疏的地点,离子的正电荷吸引周围电子,这种静电力是形成等离子体振荡的恢复力。离子声波的情况也类似。所以离子声波的振荡机制是不同于普通声波的。

等离子体中波和粒子相互作用

等离子体中各种类型波不同于普通声波的一个表现是具有朗道阻尼。这是一种典型的波与粒子无规运动之间的相互作用。

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