等离子体导论（刘万东）.pdfVIP

等离子体物理导论 刘万东 中国科学技术大学近代物理系 2002年6月 序 完成这本 《等离子体物理导论》讲义，是我多年希望做的一件工作。在 近代物理系1999 级100 余名听课及不听课同学的催促、怂恿和鼓励下，自 本学期开始时起，见缝插针，辜负良多，终于完成了这一稿。 这本讲义初稿起于1995 年酷暑，斯时我首次准备主讲此课，在框架的 构建和内容的选取上，踌躇良久，最终选择了这六章内容，取案台之精华， 揉入胸腹之情感，遂成。尽管用它给等离子体物理专业1992 级、1993 级同 学及相关的研究生作了讲授和演义，近几年来也对等离子体有了新的体会， 但仍然不尽如意，甚至第六章的名目仍然悬而待决。 等离子体物理是一门基础物理课程。它在根本的理论体系上并没有独立 的创新的特点，它依赖于电动力学、统计物理所给出的基本物理框架，它甚 至在很多情况下，至少在基础课程体系内，还属于经典物理的范畴。然而， 它所面对的对象几乎是宇宙的全部、人类活动的主要能区，其重要性不言而 喻。等离子体物理课程涉及等离子体的基本现象，尽管物理框架的基石不能 更改，但等离子体物理这一由物理基石所做的建筑已经形成了新的文化。等 离子体物理对物理问题的许多处理方法，尤其是涉及集体相互作用及现象方 面，对物理学甚至是其它科学都不乏借鉴之内涵。 我经常将等离子体人性化，她的许多表现酷似于我们人类，常常不需要 牵强的联想，就可以用我们日常的经验，甚至是我们内心的感受来理解她的 行为。等离子体中的两性，相互独立又相互扶持，平和时若即若离，逃逸时 则携手并肩。等离子体中的相互作用，长则绵绵，短则眈眈，远可及周天之 外，近可抵唇齿之间。等离子体的集体行为，自由与束缚兼得，温和与暴虐 并存。等离子体的自洽禀性，可以欺之以妩媚，不可催之以强蛮，若以力， 人人奋愤可兵，以弱，则诺诺列队而从。如此以陈，等离子体的每一个秉性 都值得我们用诗一般的语言来渲染。电子离子，以其简洁的库仑作用，本不 堪言，然一成群体，即如此绚丽，何况人乎？ 先贤诫曰：人之患在好为人师，我虽常以自警，然位在此不得不为之。 此讲义一出，是为邀师，诚盼无论学生先生，不吝赐教，纠我一误惠我十分 并及来者，切切。 刘万东谨启 2002 年6 月8 日于梦园 i 等离子体物理导论 目录 目 录 第一章 引言………………………………………………………………. 1 §1.1 等离子体的基本概念……………………………………………. 1 §1.1.1 等离子体的定义…………………………………………………. 1 §1.1.2 等离子体的参数空间……………………………………………. 2 §1.1.3 等离子体的描述方法……………………………….…………… 4 §1.2 等离子体重要特征和参量………………………………………. 5 §1.2.1 德拜屏蔽和等离子体空间尺度…………………………………. 5 §1.2.2 等离子体特征响应时间………………………………………….