书籍详情
等离子体物理学导论（原书第三版）
作者：（美）Francis F. Chenaft ;李永东等译
出版社：科学出版社
出版时间：2022-03-01
ISBN：9787030711397
定价：¥168.00
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内容简介
等离子体技术是推动高技术发展和传统工业升级改造甚至改变世界的动力源泉之一。本书围绕等离子体技术的聚变应用，介绍了等离子体基本概念、微观的单粒子运动基础理论、宏观的流体力学基础理论、波动与输运现象、平衡与稳定性现象、动理学理论与阻尼现象，以及鞘层等其他非线性现象。为了拓宽读者视野，本书还介绍了非中性等离子体、固态等离子体、尘埃等离子体、空间等离子体、大气压等离子体等重要的特殊等离子体类型，并给出了等离子体在聚变、半导体刻蚀、航天器推进等领域的应用实例。
作者简介
原作者介绍： 陈凤翔（Francis F. Chen）先生是美国加州大学洛杉矶分校电气工程系的荣誉教授。他是一位在等离子体实验和理论两个方面深耕六十多年的资深物理学家，在磁约束聚变、激光约束聚变、等离子诊断学、基础等离子体物理和低温等离子体物理等各个分支领域都开展过十年左右的研究。大多数等离子体领域的学生都熟悉他编著的教科书《等离子体物理学导论》（国内译名）。 陈教授1929年出生于中国广州，分别于1950年、1953年、1954年获得美国哈佛大学的物理学学士、硕士和博士学位。毕业后先后在美国普林斯顿大学、加州大学洛杉矶分校任教。1968年当选美国物理学会会士，1995年获得美国物理学会的等离子体物理麦克斯韦奖。 译者介绍：李永东，教授、博士生导师，西安交通大学电子与信息学部副主任（兼学部党委副书记），多功能结构与材料教育部重点实验室副主任，等离子体与微波电子学（创新）研究所副所长。从事微波功率传送相关的微波产生、传输与发射技术研究。主持完成国家自然科学基金重点项目、国家重大专项课题、973、863等科研项目课题近30项。研制微波与等离子体电子学领域工业应用软件UNIPIC、MSAT、SOS2d等。在国内外期刊上发表学术论文100 余篇，获省部级科技进步二等奖2项、软件著作权10余项、授权国家发明专利10余项。
目录
目录
译者序
前言
第1章 绪论 1
1.1 等离子体在自然界的存在 1
1.2 等离子体的定义 2
1.3 温度的概念 3
1.4 德拜屏蔽 7
1.5 等离子体参量 9
1.6 等离子体判据 10
1.7 等离子体物理学的应用 11
1.7.1 气体放电(气体电子学) 11
1.7.2 受控热核聚变 12
1.7.3 空间物理学 12
1.7.4 现代天体物理学 13
1.7.5 MHD能量转换和离子推进 13
1.7.6 固态等离子体 14
1.7.7 气体激光器 14
1.7.8 粒子加速器 15
1.7.9 工业等离子体 15
1.7.10 大气压等离子体 15
第2章 单粒子运动 17
2.1 引言 17
2.2 均匀E场和B场 17
2.2.1 E=0 17
2.2.2 有限E场 19
2.2.3 重力场 21
2.3 非均匀B场 23
2.3.1 B：B梯度漂移 23
2.3.2 弯曲B场：曲率漂移 24
2.3.3 B：磁镜 25
2.4 非均匀E场 30
2.5 随时间变化的E场 32
2.6 随时间变化的B场 34
2.7 导向中心漂移总结 35
2.8 绝热不变量 36
2.8.1 第一个绝热不变量? 36
2.8.2 第二个绝热不变量J 37
2.8.3 第三个绝热不变量? 40
第3章 作为流体的等离子体 43
3.1 引言 43
3.2 等离子体物理学与普通电磁学的关系 43
3.2.1 麦克斯韦方程组 43
3.2.2 磁性材料的经典处理 44
3.2.3 电介质的经典处理 45
3.2.4 等离子体的介电常数 46
3.3 流体运动方程 47
3.3.1 随体导数 47
3.3.2 压力张量 49
3.3.3 碰撞 52
3.3.4 和普通流体动力学的比较 52
3.3.5 连续性方程 53
3.3.6 状态方程 53
3.3.7 完整的流体方程组 54
3.4 垂直于B的流体漂移 55
3.5 平行于B的流体漂移 60
3.6 等离子体近似 61
第4章 等离子体中的波 63
4.1 波的表示法 63
4.2 群速度 64
4.3 等离子体振荡 65
4.4 电子等离子体波 69
4.5 声波 75
4.6 离子波 76
4.7 等离子体近似的有效性 77
4.8 离子波和电子波的比较 78
4.9 垂直于B的静电电子振荡 80
4.10 垂直于B的静电离子波 85
4.11 低混杂频率 88
4.12 B0=0的电磁波 89
4.13 实验应用 91
4.14 垂直于B0的电磁波 95
4.14.1 寻常波，E1||B0 95
4.14.2 非寻常波，E1B0 96
4.15 截止和共振 98
4.16 平行于B0的电磁波 100
4.17 实验结果 102
4.17.1 哨声模 102
4.17.2 法拉第旋转 103
4.18 磁流体波 106
4.19 磁声波 110
4.20 基本等离子体波小结 112
4.21 CMA图 113
第5章 扩散和电阻率 121
5.1 弱电离气体中的扩散和迁移 121
5.1.1 碰撞参数 121
5.1.2 扩散参数 122
5.2 扩散引起的等离子体衰减 123
5.2.1 双极扩散 123
5.2.2 平板中的扩散 125
5.2.3 柱体中的扩散 127
5.3 稳态解 128
5.3.1 恒定电离函数 128
5.3.2 平面源 129
5.3.3 线源 129
5.4 复合 129
5.5 横越磁场的扩散 131
5.5.1 横越B的双极扩散 133
5.5.2 实验检验 134
5.6 全电离等离子体中的碰撞 136
5.6.1 等离子体电阻率 137
5.6.2 库仑碰撞的机理 138
5.6.3 的物理意义 140
5.6.4的值 141
5.6.5 脉冲电流 142
5.7 单流体MHD方程 142
5.8 全电离等离子体的扩散 144
5.9 扩散方程的解 146
5.9.1 时间依赖关系 146
5.9.2 与时间无关的解 146
5.10 玻姆扩散和新经典扩散 147
第6章 平衡和稳定性 154
6.1 引言 154
6.2 磁流体平衡 155
6.3 β的概念 156
6.4 磁场向等离子体中的扩散 158
6.5 不稳定性的分类 161
6.5.1 流动不稳定性 161
6.5.2 瑞利-泰勒不稳定性 161
6.5.3 普适不稳定性 162
6.5.4 动理学不稳定性 162
6.6 双流不稳定性 162
6.7 “重力”不稳定性 166
6.8 阻性漂移波 169
6.9 威布尔不稳定性 172
第7章 动理学理论 174
7.1 f(v)的含义 174
7.2 动理学方程 178
7.3 流体方程的推导 182
7.4 等离子体振荡和朗道阻尼 184
7.5 朗道阻尼的含义 188
7.5.1 电子束动能 191
7.5.2 初始条件的影响 194
7.6 朗道阻尼的物理推导 195
7.6.1 共振粒子 199
7.6.2 两个“悖论”的消除 200
7.7 BGK模和范 坎彭模 200
7.8 实验验证 201
7.9 离子朗道阻尼 204
7.9.1 等离子体色散函数 205
7.9.2 离子波及其阻尼 206
7.10 磁场的动理学效应 210
7.10.1 热等离子体介电张量 211
7.10.2 回旋阻尼 212
7.10.3 伯恩斯坦波 213
第8章 非线性效应 219
8.1 引言 219
8.2 鞘层 221
8.2.1 鞘层的必然性 221
8.2.2 平面鞘层方程 221
8.2.3 玻姆鞘层判据 223
8.2.4 蔡尔德-朗缪尔定律 224
8.2.5 静电探针 225
8.3 离子声激波 227
8.3.1 萨格捷夫势 227
8.3.2 临界马赫数 230
8.3.3 波陡化 231
8.3.4 实验观测 232
8.3.5 电双层 233
8.4 有质动力 233
8.5 参量不稳定性 236
8.5.1 耦合振荡器 236
8.5.2 频率匹配 237
8.5.3 不稳定性阈值 240
8.5.4 物理机理 241
8.5.5 振荡双流不稳定性 243
8.5.6 参量衰减不稳定性 245
8.6 等离子体回波 248
8.7 非线性朗道阻尼 251
8.8 非线性等离子体物理学方程 253
8.8.1 KdV方程 253
8.8.2 非线性薛定谔方程 257
8.9 重联 266
8.10 湍流 268
8.11 鞘层边界 272
第9章 特殊等离子体 274
9.1 非中性等离子体 274
9.1.1 纯电子等离子体 274
9.1.2 实验 275
9.2 固态超冷等离子体 276
9.3 离子对等离子体 277
9.4 尘埃等离子体 279
9.4.1 尘埃声波 282
9.4.2 尘埃离子声波 284
9.5 螺旋波等离子体 285
9.6 空间等离子体 288
9.7 大气压等离子体 289
9.7.1 介质阻挡放电 290
9.7.2 射频铅笔型放电 290
第10章 等离子体的应用 292
10.1 引言 292
10.2 聚变能 293
10.2.1 箍缩和脉冲功率 295
10.2.2 磁镜 300
10.2.3 反场位形 304
10.2.4 仿星器 305
10.2.5 托卡马克 308
10.2.6 球马克和球形托卡马克 318
10.3 等离子体加速器 321
10.4 惯性聚变 326
10.4.1 玻璃激光器 326
10.4.2 氟化氪激光器 330
10.5 半导体刻蚀 331
10.6 航天器推进 336
10.6.1 一般原理 336
10.6.2 推进器类型 337
10.7 日常生活中的等离子体 340
附录A 单位、常量、公式与矢量关系 341
附录B 均匀冷等离子体波理论 345
附录C 3小时期末测试样例 350
附录D 部分习题答案 355
译者序
前言
第1章 绪论 1
1.1 等离子体在自然界的存在 1
1.2 等离子体的定义 2
1.3 温度的概念 3
1.4 德拜屏蔽 7
1.5 等离子体参量 9
1.6 等离子体判据 10
1.7 等离子体物理学的应用 11
1.7.1 气体放电(气体电子学) 11
1.7.2 受控热核聚变 12
1.7.3 空间物理学 12
1.7.4 现代天体物理学 13
1.7.5 MHD能量转换和离子推进 13
1.7.6 固态等离子体 14
1.7.7 气体激光器 14
1.7.8 粒子加速器 15
1.7.9 工业等离子体 15
1.7.10 大气压等离子体 15
第2章 单粒子运动 17
2.1 引言 17
2.2 均匀E场和B场 17
2.2.1 E=0 17
2.2.2 有限E场 19
2.2.3 重力场 21
2.3 非均匀B场 23
2.3.1 B：B梯度漂移 23
2.3.2 弯曲B场：曲率漂移 24
2.3.3 B：磁镜 25
2.4 非均匀E场 30
2.5 随时间变化的E场 32
2.6 随时间变化的B场 34
2.7 导向中心漂移总结 35
2.8 绝热不变量 36
2.8.1 第一个绝热不变量? 36
2.8.2 第二个绝热不变量J 37
2.8.3 第三个绝热不变量? 40
第3章 作为流体的等离子体 43
3.1 引言 43
3.2 等离子体物理学与普通电磁学的关系 43
3.2.1 麦克斯韦方程组 43
3.2.2 磁性材料的经典处理 44
3.2.3 电介质的经典处理 45
3.2.4 等离子体的介电常数 46
3.3 流体运动方程 47
3.3.1 随体导数 47
3.3.2 压力张量 49
3.3.3 碰撞 52
3.3.4 和普通流体动力学的比较 52
3.3.5 连续性方程 53
3.3.6 状态方程 53
3.3.7 完整的流体方程组 54
3.4 垂直于B的流体漂移 55
3.5 平行于B的流体漂移 60
3.6 等离子体近似 61
第4章 等离子体中的波 63
4.1 波的表示法 63
4.2 群速度 64
4.3 等离子体振荡 65
4.4 电子等离子体波 69
4.5 声波 75
4.6 离子波 76
4.7 等离子体近似的有效性 77
4.8 离子波和电子波的比较 78
4.9 垂直于B的静电电子振荡 80
4.10 垂直于B的静电离子波 85
4.11 低混杂频率 88
4.12 B0=0的电磁波 89
4.13 实验应用 91
4.14 垂直于B0的电磁波 95
4.14.1 寻常波，E1||B0 95
4.14.2 非寻常波，E1B0 96
4.15 截止和共振 98
4.16 平行于B0的电磁波 100
4.17 实验结果 102
4.17.1 哨声模 102
4.17.2 法拉第旋转 103
4.18 磁流体波 106
4.19 磁声波 110
4.20 基本等离子体波小结 112
4.21 CMA图 113
第5章 扩散和电阻率 121
5.1 弱电离气体中的扩散和迁移 121
5.1.1 碰撞参数 121
5.1.2 扩散参数 122
5.2 扩散引起的等离子体衰减 123
5.2.1 双极扩散 123
5.2.2 平板中的扩散 125
5.2.3 柱体中的扩散 127
5.3 稳态解 128
5.3.1 恒定电离函数 128
5.3.2 平面源 129
5.3.3 线源 129
5.4 复合 129
5.5 横越磁场的扩散 131
5.5.1 横越B的双极扩散 133
5.5.2 实验检验 134
5.6 全电离等离子体中的碰撞 136
5.6.1 等离子体电阻率 137
5.6.2 库仑碰撞的机理 138
5.6.3 的物理意义 140
5.6.4的值 141
5.6.5 脉冲电流 142
5.7 单流体MHD方程 142
5.8 全电离等离子体的扩散 144
5.9 扩散方程的解 146
5.9.1 时间依赖关系 146
5.9.2 与时间无关的解 146
5.10 玻姆扩散和新经典扩散 147
第6章 平衡和稳定性 154
6.1 引言 154
6.2 磁流体平衡 155
6.3 β的概念 156
6.4 磁场向等离子体中的扩散 158
6.5 不稳定性的分类 161
6.5.1 流动不稳定性 161
6.5.2 瑞利-泰勒不稳定性 161
6.5.3 普适不稳定性 162
6.5.4 动理学不稳定性 162
6.6 双流不稳定性 162
6.7 “重力”不稳定性 166
6.8 阻性漂移波 169
6.9 威布尔不稳定性 172
第7章 动理学理论 174
7.1 f(v)的含义 174
7.2 动理学方程 178
7.3 流体方程的推导 182
7.4 等离子体振荡和朗道阻尼 184
7.5 朗道阻尼的含义 188
7.5.1 电子束动能 191
7.5.2 初始条件的影响 194
7.6 朗道阻尼的物理推导 195
7.6.1 共振粒子 199
7.6.2 两个“悖论”的消除 200
7.7 BGK模和范 坎彭模 200
7.8 实验验证 201
7.9 离子朗道阻尼 204
7.9.1 等离子体色散函数 205
7.9.2 离子波及其阻尼 206
7.10 磁场的动理学效应 210
7.10.1 热等离子体介电张量 211
7.10.2 回旋阻尼 212
7.10.3 伯恩斯坦波 213
第8章 非线性效应 219
8.1 引言 219
8.2 鞘层 221
8.2.1 鞘层的必然性 221
8.2.2 平面鞘层方程 221
8.2.3 玻姆鞘层判据 223
8.2.4 蔡尔德-朗缪尔定律 224
8.2.5 静电探针 225
8.3 离子声激波 227
8.3.1 萨格捷夫势 227
8.3.2 临界马赫数 230
8.3.3 波陡化 231
8.3.4 实验观测 232
8.3.5 电双层 233
8.4 有质动力 233
8.5 参量不稳定性 236
8.5.1 耦合振荡器 236
8.5.2 频率匹配 237
8.5.3 不稳定性阈值 240
8.5.4 物理机理 241
8.5.5 振荡双流不稳定性 243
8.5.6 参量衰减不稳定性 245
8.6 等离子体回波 248
8.7 非线性朗道阻尼 251
8.8 非线性等离子体物理学方程 253
8.8.1 KdV方程 253
8.8.2 非线性薛定谔方程 257
8.9 重联 266
8.10 湍流 268
8.11 鞘层边界 272
第9章 特殊等离子体 274
9.1 非中性等离子体 274
9.1.1 纯电子等离子体 274
9.1.2 实验 275
9.2 固态超冷等离子体 276
9.3 离子对等离子体 277
9.4 尘埃等离子体 279
9.4.1 尘埃声波 282
9.4.2 尘埃离子声波 284
9.5 螺旋波等离子体 285
9.6 空间等离子体 288
9.7 大气压等离子体 289
9.7.1 介质阻挡放电 290
9.7.2 射频铅笔型放电 290
第10章 等离子体的应用 292
10.1 引言 292
10.2 聚变能 293
10.2.1 箍缩和脉冲功率 295
10.2.2 磁镜 300
10.2.3 反场位形 304
10.2.4 仿星器 305
10.2.5 托卡马克 308
10.2.6 球马克和球形托卡马克 318
10.3 等离子体加速器 321
10.4 惯性聚变 326
10.4.1 玻璃激光器 326
10.4.2 氟化氪激光器 330
10.5 半导体刻蚀 331
10.6 航天器推进 336
10.6.1 一般原理 336
10.6.2 推进器类型 337
10.7 日常生活中的等离子体 340
附录A 单位、常量、公式与矢量关系 341
附录B 均匀冷等离子体波理论 345
附录C 3小时期末测试样例 350
附录D 部分习题答案 355
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