Collisional Transport in Magnetized Plasmas pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Helander, Per/ Sigmar, Dieter J.

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2005-10

价格:$ 80.23

装帧:Pap

isbn号码:9780521020985

丛书系列:

图书标签:

Plasma Physics
Collisional Processes
Magnetized Plasmas
Transport Theory
Kinetic Theory
Plasma Diagnostics
Space Physics
Astrophysics
Fusion Plasma
Computational Physics

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具体描述

Collisional transport theory is of central importance to modern plasma physics. This book provides a self-contained treatment of the subject, starting from elementary concepts and developing the theory through to the research frontier. Basic tools of kinetic plasma theory, such as the drift kinetic equation and the Coulomb collision operator, are derived, and are then used to calculate classical and neoclassical transport occurring in high-temperature plasmas. Important phenomena such as neo-classical diffusion, bootstrap current, and plasma rotation are carefully explained. Students, theoreticians and experimentalists in both fusion and space plasma physics will benefit from this book, which emerged from a graduate student level course taught at MIT.

好的，这是一份关于一本假设的图书《磁化等离子体中的碰撞输运》的详细简介，内容完全聚焦于该书的假设主题范围，力求详实且自然流畅。 --- 《磁化等离子体中的碰撞输运》图书简介作者： [此处可设想一位领域内资深专家的名字] 出版年份： [假设年份，例如：2024] 页数： [假设页数，例如：650页] 装帧：精装/平装 ISBN： [假设ISBN] 核心概述：《磁化等离子体中的碰撞输运》是一部深入探讨低频和中频尺度下，在强外部磁场约束下，等离子体中粒子、动量和能量如何通过微观碰撞过程进行重新分布和宏观对流的权威性专著。本书系统地整合了经典玻尔兹曼输运理论、矩系方法、微扰理论以及先进的数值求解技术，旨在为从事聚变研究、空间等离子体物理、等离子体加工和天体物理的学者、研究人员及高年级研究生提供一个全面且深入的理论框架。本书的核心焦点在于碰撞对磁场影响下的等离子体动力学的深刻塑造作用。在磁化系统中，磁场极大地限制了粒子沿磁场线的运动，使得输运过程必须依赖于复杂的磁场梯度、曲率以及等离子体内部的电磁场梯度所驱动的漂移运动，而碰撞则充当了“泄漏”和“松弛”的关键机制，决定了系统达到平衡或稳态的速率和途径。内容结构与深度解析：本书结构严谨，从基础理论出发，逐步深入到复杂、实际应用场景中的输运模型构建。全书共分为六个主要部分，涵盖了从基础数学工具到前沿课题的各个方面。第一部分：磁化等离子体的基本理论与输运基础 (Foundations and Basic Transport) 本部分首先回顾了磁化等离子体中运动学的基本概念，包括朗道碰撞积分的性质、磁化系统的无碰撞动力学（如回旋运动和漂移运动）。重点章节详细阐述了基于玻尔兹曼方程的输运理论在磁化环境下的具体形式。玻尔兹曼方程的磁场限制形式：如何将磁场项纳入碰撞积分和对流项中。零阶近似与宏观量：从输运方程中导出欧姆定律、热流方程和压力张量的基础形式。碰撞项的收敛性与松弛时间尺度：分析不同类型的碰撞（如库仑碰撞、中性粒子碰撞）对输运时间尺度的影响。第二部分：宏观输运方程与矩系方法 (Moment Equations and Closure) 本部分聚焦于如何通过对玻尔兹曼方程进行矩展开来构建可解的宏观方程组。这是理解磁流体力学（MHD）输运系数的基础。一阶矩（速度矩）展开：推导经典场方程（质量、动量、能量守恒）。输运系数的确定：详细推导在强磁场限制下，电导率、热导率、粘滞系数等输运系数的解析表达式。特别关注各向异性的体现，即输运在平行于磁力线方向和垂直于磁力线方向上的巨大差异。超越MHD模型：探讨更高阶矩展开对描述亚音速输运现象（如离子热导）的必要性。第三部分：梯度驱动的碰撞输运：漂移与扩散 (Gradient-Driven Transport) 此部分是全书的核心，探讨了等离子体中梯度（压力梯度、温度梯度、密度梯度）如何通过碰撞驱动宏观物质和能量的重新分布，通常表现为梯度漂移扩散。电子与离子的差异化输运：深入分析电子和离子在碰撞驱动下，在交叉磁场梯度上的速度差异，这是产生霍尔效应和电场梯度的关键。经典离子热传导：详细分析碰撞限制下的离子热传导机制，包括对磁力线弯曲和梯度影响的补偿。碰撞主导的电导率：解析解释为什么在低频、高密度且碰撞主导的等离子体中，电阻率与温度和密度精确相关的物理机制。第四部分：特殊几何与边界效应 (Specific Geometries and Boundary Effects) 本部分将理论应用到实际的物理系统，重点分析了曲率、非均匀磁场结构以及与边界的相互作用。环形几何（Tokamaks）：重点讨论环向（Toroidal）和极向（Poloidal）输运的耦合。分析了由磁场曲率和梯度引起的碰撞辅助的南-北不对称性及其对电流驱动的影响。磁镜与开放系统：探讨在磁镜约束下，碰撞如何驱动粒子逃逸（Loss-Cone 效应的修正）。等离子体与壁相互作用：讨论在边界层附近，碰撞对中性粒子再电离过程和电子温度梯度（ETG）驱动的湍流的调制作用。第五部分：碰撞对等离子体宏观不稳定性的作用 (Collision Effects on Macroscopic Instabilities) 输运过程不仅仅是松弛机制，它还深刻地影响着等离子体的稳定特性。本书用专门章节讨论了碰撞在常见不稳定机制中的“双重角色”——既是稳定剂又是失稳因子。碰撞对MHD模式的影响：碰撞如何改变电磁不稳定性（如扭曲模、撕裂模）的增长率和失稳阈值。特别是电阻扩散在重联和磁通量再连接中的关键作用。漂移波与湍流的碰撞阻尼：分析碰撞如何通过引入粘滞项来有效阻尼高频电磁波和湍流模式，从而在某些条件下起到稳定等离子体的作用。电阻性与无碰撞不稳定性阈值的交叉：比较电阻性模式和无碰撞模式（如无碰撞撕裂模）的边界条件。第六部分：数值方法与现代挑战 (Numerical Methods and Modern Challenges) 最后一部分将理论与计算实践相结合，介绍了求解复杂碰撞输运问题的现代计算工具。有限元与有限体积方法在输运方程中的应用：讨论如何高效地离散化具有强各向异性的输运方程组。求解耦合系统：如何处理与磁场演化（如磁流体力学）和辐射传输耦合的输运方程。非平衡态输运的挑战：展望在高度非平衡等离子体（如激光驱动的惯性约束聚变或低温等离子体）中，经典碰撞输运模型失效时的替代方案和未来研究方向。目标读者：本书是为需要深入理解磁化等离子体物理核心机制的研究人员量身定制的。它适合于： 1. 聚变等离子体物理学家：尤其是关注芯部（Core）和边缘（Edge）输运屏障形成与破坏的工程师和理论家。 2. 空间与天体物理学家：对星际介质、行星磁层中高高高（High-$eta$）等离子体的输运过程感兴趣的学者。 3. 等离子体设备开发者：需要精确计算电极、反应室中等离子体参数分布的高级工程师。 4. 高年级本科生及研究生：作为高级等离子体物理课程的教材或核心参考书。通过对碰撞项的精细化处理和对磁场几何效应的全面考察，《磁化等离子体中的碰撞输运》为读者提供了一个无与伦比的工具箱，以解析和预测复杂磁化等离子体中的物质、能量和电荷的精确转移规律。