The Kinetic Theory of Inert Dilute Plasma pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Garcia-colin Scherer, Leopoldo/ Dagdug, Leonardo

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:

价格:1073.00 元

装帧:

isbn号码:9781402093296

丛书系列:

图书标签:

• Plasma Physics
• Kinetic Theory
• Dilute Plasma
• Inertial Plasma
• Non-Equilibrium Plasma
• Plasma Dynamics
• Statistical Physics
• Space Physics
• Astrophysics
• Fusion Plasma

《动理论在稀薄惰性等离子体中的应用》：一部探索微观粒子行为及其宏观涌现性质的深邃著作 《动理论在稀薄惰性等离子体中的应用》是一部致力于深入剖析稀薄惰性等离子体微观粒子动力学及其宏观热力学性质的学术专著。本书并非对等离子体物理学进行包罗万象的概览，而是将目光聚焦于一个特定而重要的领域：以动理论为核心工具，研究由惰性气体粒子组成的、粒子密度相对较低的等离子体系统。这样的等离子体在天体物理、受控核聚变、空间科学以及各种工业应用（如等离子体显示器、照明技术等）中扮演着至关重要的角色。 本书的首要目标在于为读者构建一个坚实的理论框架，理解稀薄惰性等离子体中大量粒子如何通过相互作用，最终涌现出我们所观察到的宏观现象。这需要我们从根本上理解每个粒子的运动轨迹、碰撞过程以及这些微观事件如何统计性地影响整个系统的压强、温度、能量分布和输运性质。因此，动理论，特别是玻尔兹曼方程及其各种近似形式，将贯穿全书，成为分析和预测等离子体行为的基石。 第一部分：理论基础与模型构建 在本书的开篇，我们将首先回顾并梳理动理论在等离子体研究中的基本原理。这包括对统计力学和概率论的必要介绍，强调如何从微观的粒子层面推导出宏观的热力学量。我们将详细阐述玻尔兹曼方程的推导过程，解释其中各个项的物理意义，例如散度项（描述粒子运动）和碰撞项（描述粒子间的相互作用）。对于稀薄等离子体，粒子间的碰撞频率相对较低，这使得某些近似方法（如弛豫时间近似）能够有效地应用于描述碰撞对粒子分布函数的影响。 接着，我们将专门探讨适用于惰性气体等离子体的粒子模型。惰性气体原子（如氦、氖、氩、氪、氙）具有相对简单的电子结构，其电离和激发过程在等离子体环境中具有其独特性。我们将分析不同能量注入方式（如电场、加热）如何导致惰性气体原子电离，形成电子和离子，同时保留一部分中性原子。本书将详细讨论电子、离子和中性原子这三种主要组分在动理论框架下的描述。对于电子，由于其质量极小，其运动动力学通常与离子和中性原子有显著差异，我们将讨论其在电场中的加速、在碰撞中的能量损失以及在高能电子导致的激发和电离过程。对于离子，它们的动力学则受到电场、离子-离子碰撞以及与中性原子的碰撞的影响。中性原子虽然不直接参与电荷传输，但它们通过碰撞影响电子和离子的能量和分布，并且在某些条件下可以被电离产生新的等离子体组分，或者通过重组过程湮灭等离子体。 第二部分：稀薄惰性等离子体的动力学过程 一旦理论基础和模型构建完成，本书将深入探讨稀薄惰性等离子体中的核心动力学过程。 粒子输运： 稀薄等离子体中的粒子输运是理解其宏观行为的关键。我们将研究电子、离子和中性原子在浓度梯度、温度梯度以及电场作用下的扩散、迁移和对流。本书将推导扩散系数、迁移率等输运系数，并分析它们如何依赖于等离子体的温度、密度、组分以及粒子间的碰撞截面。对于稀薄系统，平均自由程的概念至关重要，我们将探讨它如何影响输运性质。例如，电子在较低密度下可以获得更高的能量，从而更容易引起电离和激发。 能量弛豫与热化： 在等离子体中，不同组分（电子、离子、中性原子）的温度往往不相等，即存在“非热平衡”状态。本书将重点分析能量如何在这些组分之间传递。电子由于其高速运动，通常是最先获得能量的组分，它们通过与离子和中性原子的弹性碰撞以及非弹性碰撞（如激发、电离）来传递能量。我们将定量分析能量弛豫的时间尺度，并探讨在何种条件下可以达到接近“热平衡”的状态，即各组分的温度趋于一致。对于稀薄等离子体，由于碰撞频率较低，能量弛豫过程可能比高密度等离子体更慢。 碰撞过程与分布函数： 碰撞是动理论的核心。本书将详细研究稀薄惰性气体等离子体中主要的碰撞过程，包括弹性碰撞、激发碰撞和电离碰撞。我们将回顾常用的碰撞截面模型，并分析这些碰撞如何影响粒子的速度分布函数。例如，高能电子引发的电离过程会增加等离子体的密度，并产生新的粒子。本书将讨论如何通过求解玻尔兹曼方程（或其近似形式）来获得稳态或非稳态的粒子速度分布函数，并解释这些分布函数如何反映等离子体的宏观性质。 第三部分：稀薄惰性等离子体的宏观涌现性质 在掌握了微观动力学之后，本书将转向分析这些微观过程如何涌现出宏观的、可观测的等离子体性质。 电导率与介电常数： 稀薄惰性等离子体在电场中的响应直接体现在其电导率和介电常数上。我们将从动理论的角度推导这些宏观参数，分析它们如何依赖于电子密度、电子温度以及电子-中性原子碰撞频率。本书将讨论在稀薄条件下，电场对电子的影响以及电子的漂移速度如何构成电流。 稳态与非稳态过程： 许多实际的稀薄惰性等离子体系统都处于动态平衡或非稳态过程中。本书将探讨稳态电离平衡的条件，并分析退激发、复合等过程如何影响等离子体的寿命和稳定性。同时，我们将研究非稳态过程，例如在脉冲电场作用下等离子体的产生和衰减，以及等离子体内部的波传播现象。 等离子体诊断方法与理论解释： 为了验证动理论的预测，书中还将简要介绍一些常用的等离子体诊断技术（如朗缪尔探针、光谱诊断等），并解释如何利用动理论的框架来解释诊断结果。例如，通过分析光谱线强度，可以推断激发态粒子的分布，进而理解能量注入和传递过程。 第四部分：应用与前沿展望 最后，本书将结合具体的应用场景，展示动理论在稀薄惰性等离子体研究中的强大威力。 天体物理中的稀薄等离子体： 许多天体物理现象，如恒星大气、星际介质、星云等，都包含稀薄的惰性气体等离子体。本书将探讨动理论如何帮助我们理解这些遥远世界的物理过程，例如恒星辐射如何与星际介质中的惰性气体相互作用，产生发射和吸收光谱。 工业等离子体应用： 稀薄惰性等离子体在许多工业领域有着广泛的应用。本书将深入研究其在等离子体显示器（如PDP）中的发光机理，惰性气体等离子体作为工作介质的优势，以及在真空镀膜、表面处理等过程中的作用。我们将分析在这些应用中，如何通过精确控制等离子体的温度、密度和组分来实现特定的功能。 前沿研究方向： 随着研究的深入，稀薄惰性等离子体领域也涌现出一些前沿的研究方向，例如低能量电子碰撞在激发和电离过程中的非弹性效应、等离子体射流的形成与传播、以及量子效应在稀薄等离子体中的潜在影响等。本书将对这些方向进行简要介绍，并鼓励读者进一步探索。 《动理论在稀薄惰性等离子体中的应用》旨在为从事等离子体物理、天体物理、核聚变、空间科学以及相关工程技术研究的学者、工程师和研究生提供一本不可或缺的参考书。本书强调理论的严谨性与应用的联系，力求让读者在理解动理论精髓的同时，也能洞察其在解决实际问题中的巨大潜力。通过本书的学习，读者将能够更深刻地理解稀薄惰性等离子体这个迷人而复杂的物理系统的本质，并为未来的研究和开发奠定坚实的理论基础。

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