Д.А.Франк-Каменецкий "Лекции физике плазмы"
2-е издание АТОМИЗДАТ МОСКВА 1968
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Обозначения
Глава I. Основные понятия
1. Квазинейтральность и разделение зарядов
2. Электростатическое экранирование
3. Плазма как сплошная среда
4. Идеальная проводимость и дрейфовое движение
5. Вмороженное поле
6. Диффузия магнитного поля
7. Модель двух жидкостей
8. Проводимость плазмы
9. Кулоновские столкновения
10. Столкновения с нейтральными частицами и перезарядка
11. Гидродинамическое представление диффузионных процессов
12. Вязкое течение
13. Плазма как система независимых частиц
Задачи к гл. I
Глава II. Термодинамика плазмы
1. Температура плазмы
2. Тепловая и кулоновская энергия плазмы
3. Кулоновские поправки к свободной энергии и давлению
плазмы
4. Равновесие ионизации
5. Вывод формулы Саха из квазиклассической статистики
6. Вывод формулы Саха из химической термодинамики
7. Многоступенчатая ионизация
8. Статистический вес и внутренние степени свободы
9. Расходимость и обрезание полного статистического веса
Задачи к гл. II
Глава III. Траектории частиц в плазме
1. Дрейфовое движение
2. Наглядное объяснение дрейфового движения
3. Количественное рассмотрение дрейфового движения
4. Электрический дрейф
5. Дрейф в неоднородном магнитном поле
6. Поляризационный дрейф
7. Ток намагничивания
8. Квазигидродинамическое приближение
9. Плазма как диамагнитная среда
Задачи к гл. III
Глава IV. Колебания и волны в холодной плазме
1. Основные понятия и определения
2. Волны в плазме без магнитного поля
3. Простейшие случаи распространения волн при наличии
магнитного поля
4. Магнитогидродинамические волны
5. Дисперсия вблизи циклотронных частот
6. Магнитный звук
7. Гибридные частоты
8. Дисперсия магнитного звука
9. Структура прямых волн в плотной плазме
10. Косые волны и тензорные характеристики плазмы
11. Волны в плазме с конечной проводимостью
12. Резонансы поглощения
13. Плазменные волноводы
14. Магнитно-звуковой резонанс
Задачи к гл. IV
Глава V. Колебания и волны в горячей плазме в гидродинамическом приближении
1. Уравнения гидродинамического приближения
2. Скорость звука
3. Плазменные волны и ионный звук
4. Тензорные характеристики горячей плазмы и пространственная дисперсия
5. Ускоренные и замедленные магнитно-звуковые волны
6. Дисперсия магнитного звука в горячей плазме
Задачи к гл. V
Глава VI. Физическая кинетика плазмы
1. Функция распределения
2. Фазовое пространство
3. Моменты функции распределения
4. Уравнение Фоккера—Планка
5. Феноменологическое описание процессов переноса
6. Кинетическое уравнение без столкновений
7. Самосогласованное поле
8. Кинетическая теория плазменных волн
9. Волны в магнитном поле и тензорные характеристики
плазмы
10. Решение кинетического уравнения с помощью интегрирования по углу
11. Специфическое затухание и раскачка колебаний
12. Слабая и сильная пространственная дисперсия
13. Волны на анизотропном фоне
14. Тензорные характеристики термической плазмы
15. Предельные случаи
16. Релятивистские эффекты и синхротронное излучение
17. Интегрирование по траекториям
18. Применение метода траекторий к линеаризованному кинетическому уравнению
Флуктуационное взаимодействие и кулоновские столкновения
Задачи к гл. VI
Приложение 1. Гауссова система единиц
Приложение 2. Сведения из векторного анализа
Приложение 3. Свойства функции Бесселя
Приложение 4. Основные формулы статистической термодинамики
Приложение 5. Данные для расчета равновесий ионизации
Приложение 6. Интегралы от распределения Максвелла
Литература
Предметный указатель
Предисловие
Молодая и быстро развивающаяся отрасль физики, изучающая ионизированный газ — плазму, привлекает к себе
все большее внимание. С плазмой связаны такие перспективные проблемы новой техники, как управляемые термоядерные реакции, прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, получение сверхскоростных газовых струй и потоков, новые направления в сварке и поверхностной обработке металлов, получившие название электронной технологии. Быстро расширяется круг научных
работников и инженеров, которым необходимо знание основ
физики плазмы.
В основу книги положен курс лекций, читанный автором в течение ряда лет студентам Московского физикотехнического института. Задача книги чисто педагогическая: научить студента разбираться в основных вопросах
физики плазмы и производить простейшие расчеты. Книга
адресована читателю, интересующемуся прежде всего практическими выводами.
Имеющаяся литература по плазме связана в основном
либо с проблемой управляемых термоядерных реакций,
либо с классическим газовым разрядом. Настоящая книга
охватывает более широкий круг вопросов и дает общее
представление о свойствах плазмы, лежащих в' основе
разнообразных ее применений. При этом основное внимание уделено важнейшему вопросу, характерному для современного этапа развития плазменной науки и техники:
взаимодействию плазмы с сильными" магнитными полями
в условиях, когда магнитное поле4" ограничивает движение частиц в плазме. Такую плазму "мы называем замагниченной. Объем книги не позволил нам рассмотреть обширную проблему неустойчивости плазмы. Читатель может
ознакомиться с ней по специальной литературе, список которой помещен в конце книги.
Простейшие качественные идеи физики плазмы изложены мной в популярной книге «Плазма — четвертое состояние вещества», которая может служить для читателя
введением к настоящей книге.
Книга рассчитана на читателя, знакомого с основами
высшей математики и физики в объеме первых курсов высшей технической школы. Все необходимые дополнительные
сведения даны в приложениях. Автор старался не углубляться в вопросы, требующие громоздких или сложных
математических расчетов.
Физика плазмы имеет дело с простыми и общими закономерностями, которые вполне заслуживают изучения не
только в специальных курсах, но и в общем курсе физики.
Автор считает приятным долгом выразить свою глубокую благодарность В. И. Карпману, В. И. Когану, В. Д. Русанову, Р. 3. Сагдееву, Г. Н. Тилинину, В. Д. Шафранову
и М. Д. Франк-Каменецкому за ценные замечания, Д. В. Сивухину, из лекций которого заимствованы задачи к гл. III,
и Т. Д. Кузнецовой за помощь при оформлении рукописи.
Д. Франк-Каменецкий
|