Основы физики плазмы - Кролл Н.
Скачать (прямая ссылка):
При написании книги авторы стремились не к лаконизму, а к подробному разбору принципиальных вопросов, что иногда приводило к повторам, не всегда оправданным. В отдельных случаях мы считали целесообразным опустить их. В частности, это относится к изложению термодинамического подхода в проблеме устойчивости плазмы.
Книга написана известными специалистами по физике плазмы, принимавшими непосредственное участие в разработке многих из изложенных в ней вопросов. Надеемся, что она принесет большую пользу не только студентам и аспирантам, специализирующимся по физике плазмы, преподавателям физики плазмы, но и будет небезынтересна для специалистов^ работающих в этой области.
Гл. 1—6 переведены JI. А. Большовым, гл. 7—11, предисловие и приложения — Ю. А. Дрейзиным.
А. Mt Дихне
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Этот учебник был написан для аспирантов Мэрилендского университета, изучающих физику и астрономию, и содержит последовательное изложение двухсеместрового курса физики плазмы. Курс рассчитан на аспирантов второго года обучения, прослушавших па первом году аспирантуры курс лекций по классической и статистической механике, электродинамике и математическим методам. Книга не предполагает у читателя знакомства с основами физики плазмы и может служить введением в эту науку. Хотя мы предназначаем данный учебник для аспирантов, его можно также использовать с соответствующим отбором материала в лекциях для студентов старших курсов.
Изложение основного материала мы начинаем с точного статистического описания системы многих тел, из которого выводятся затем различные приближенные способы рассмотрения свойств плазмы. Прежде всего мы даем самое упрощенное описание плазмы с помощью гидродинамической, или макроскопической, теории, которая позволяет анализировать широкий круг плазменных явлений и решать задачи о равновесии плазмы, волнах и неустойчивостях. Как правило, в данном курсе лекций изучение гидродинамических свойств плазмы и явлений переноса (гл. 6) занимает первый семестр.
Далее в книге мы приводим менее упрощенную теорию плазмы, основанную на уравнении Власова и называемую кинетической, или микроскопической, теорией. Она оперирует с непрерывной функцией распределения частиц по координатам и скоростям. В рамках этой теории мы снова рассматриваем вопросы равновесия плазмы, распространения в ней волн и возникновения неустойчивостей, а также изучаем нелинейное взаимодействие волн и частиц. На основе уравнений Власова и Максвелла выявляются свойства, зависящие от деталей функции распределения по скоростям, такие, например, как затухание Ландау, кинетические неустойчивости, диффузия в пространстве скоростей и т. д. Результаты кинетического и более простого гидродинамического (рассмотренного в предыдущих главах) подходов сравниваются между собой.
Корреляции, флуктуации и излучение плазмы — явления, которые обусловлены взаимодействием отдельных частиц, не могут быть изучены ни в рамках гидродинамической, ни в рамках основанной на уравнении Власова кинетической теории. Для их изучения применяют метод пробных частиц. Другие дискретные свойства плазмы, для которых существенно взаимодействие отдельных частиц, могут быть получены с помощью приближения более высокого порядка к точным статистическим уравнениям. Эти методы приводят
8
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
к уравнениям Фоккера — Планка или Ленарда — Балеску. Используя эти уравнения, можно вычислить коэффициенты переноса плазмы.
Поскольку мы стремились к более полному рассмотрению, то в приложении привели теорию движения отдельных заряженных частиц в постоянных и переменных электрическом и магнитном полях. Тем не менее нам не удалось найти достаточно много места в данном учебнике, чтобы обсудить довольно простой и хорошо изложенный в легкодоступной литературе материал.
Особенностью книги является обширная гл. 1, в которой читатель обучается необходимому словарю-минимуму. Мы обнаружили, что незнание такого словаря сильно мешает студенту, начинающему изучать физику плазмы. Большинство наших студентов достаточно подготовлены по математике и классической физике, но не знакомы с понятиями и терминами физики плазмы, а это порождает искусственные трудности.
Первая глава представляет собой краткий вводный курс (три или четыре лекции), в котором даны необходимые понятия и терминология физики плазмы. Ознакомление с ней полезно каждому, кто желает иметь качественное представление о физике плазмы.
Другая особенность настоящей книги состоит в том, что мы поместили в ней главу, посвященную равновесной статистической механике плазмы (гл. 2). Она призвана дать читателю правильное представление о плазме как статистической системе и о соотношении между физикой плазмы и общей статистической теорией. В этой главе наряду с вычислением термодинамических свойств равновесной плазмы закладывается основа для рассмотрения многих практически v важных явлений, свойственных неравновесной плазме.
Ссылки на литературу, приводимые в тексте, даны в основном на те книги или обзорные статьи, которые мы считали наиболее полезными для студентов. По нашему мнению, при изучении физики не нужно придерживаться исторической последовательности, и исторические аспекты играют второстепенную роль.
