等离子体的基本性质 高导电性和内部电场特性 ·等离子体是良导体 等离子体由能够自由移动的带电粒子组成,因而具有 很好的导电特性。 ·非磁化等离子体近乎没有内部电场 如果把等离子体视为电阻很小的良导体,非磁化的等 离子体内部则相当于导体内部,电场趋向于0。 ·磁化等离子体中的电场基本上垂直于磁场 虽然在有磁场的等离子体中可以有电场(磁场的作用 阻碍了带点粒子在垂直磁场方向做自由移动,因而), 但电场只有垂直于磁场的分量,平行于磁场的电场分 量也很小
等离子体的基本性质 ——高导电性和内部电场特性 • 等离子体是良导体。 – 等离子体由能够自由移动的带电粒子组成，因而具有 很好的导电特性。 • 非磁化等离子体近乎没有内部电场 – 如果把等离子体视为电阻很小的良导体，非磁化的等 离子体内部则相当于导体内部，电场趋向于0。 • 磁化等离子体中的电场基本上垂直于磁场 – 虽然在有磁场的等离子体中可以有电场（磁场的作用 阻碍了带点粒子在垂直磁场方向做自由移动，因而）， 但电场只有垂直于磁场的分量，平行于磁场的电场分 量也很小
等离子体的基本性质 整体呈准电中性 等离子体整体呈电中性 如果等离子体史有净电荷存在的话,会导致静电场产 生,这与等离子体中不荐在电场的假设相违 热运动引起电荷的随机涨落,电中性被破坏 由于等离子体具有一定的温度,带电粒子的热运动会 引起电荷的随机涨落,时时会破坏电中性条件,而净 电荷产生的静电场不断试图使等离子体保持净电荷分 布处处为0的电中性。 ·准电中性 等离子体只能在一定空间范围和时间尺度上保持电中 性,而小于这个空间范围或时间尺度时,等离子体会 在局部或在短暂时间内偏离电中性。从长时间和大尺 度范围看,等离子体仍然呈现出电中性的特点。因此, 我们称等离子体皇现准中性的特点
等离子体的基本性质 ——整体呈准电中性 • 等离子体整体呈电中性。 – 如果等离子体中有净电荷存在的话，会导致静电场产 生，这与等离子体中不存在电场的假设相违背。 • 热运动引起电荷的随机涨落，电中性被破坏 – 由于等离子体具有一定的温度，带电粒子的热运动会 引起电荷的随机涨落，时时会破坏电中性条件，而净 电荷产生的静电场不断试图使等离子体保持净电荷分 布处处为0的电中性。 • 准电中性 – 等离子体只能在一定空间范围和时间尺度上保持电中 性，而小于这个空间范围或时间尺度时，等离子体会 在局部或在短暂时间内偏离电中性。从长时间和大尺 度范围看，等离子体仍然呈现出电中性的特点。因此， 我们称等离子体呈现准中性的特点
准电中性的空间尺度 ·等离子体偏离电中性具有一定的空间尺度和时间尺度 考虑在等离子体中放入一个电势为ψ的无限大平板栅极。这 时,假设栅极电位大于0,周围的离子被赶走,而电子被吸 引,从而产生净电荷。净电荷产生的电场与带电粒子的热 运动达到动态平衡 此时,考虑一维静电情况下的等离子体的分布函数f(t,x, ⅴ)是波尔兹曼分布,满足动力论方程及静电方程: 3/2 mv+go( x,Ⅴ exp( 2丌T KT
准电中性的空间尺度 • 等离子体偏离电中性具有一定的空间尺度和时间尺度。 • 考虑在等离子体中放入一个电势为f的无限大平板栅极。这 时，假设栅极电位大于0，周围的离子被赶走，而电子被吸 引，从而产生净电荷。净电荷产生的电场与带电粒子的热 运动达到动态平衡。 • 此时，考虑一维静电情况下的等离子体的分布函数 f ( t, x, v )是波尔兹曼分布，满足动力论方程及静电方程： 3/ 2 1 2 2 0 2 2 0 , ( ) ( , ) exp( ) 2 1 i e m mv q x f x n T T q f d x p k = + = − = − v v
德拜屏蔽和德拜长度 考虑等离子体由电子和单一成分离子组成且qo(x)<kT eo In, exp(t)-n Z exp( KT KTKT 2 K ·其中,定义德拜长度λ满足 EKt aKT. (2+2m) noe e ·而此时静电势为: (Po o(x= exp(- ·这里电势衰减的特征长度正是德拜长度。也是等离子体在空 间上能够偏离中性条件的尺度
德拜屏蔽和德拜长度 • 考虑等离子体由电子和单一成分离子组成且 • 其中，定义德拜长度 lD 满足 • 而此时静电势为： • 这里电势衰减的特征长度正是德拜长度。也是等离子体在空 间上能够偏离中性条件的尺度。 0 | | ( ) exp( ) D x x l = − q x T k ( ) 2 2 0 2 2 0 0 1 [ exp( ) exp( )] ( ) i i e i i e i e i D e e Z e n e Z n n Z x T T T T k k k k l = − − + = 1 0 0 2 2 2 2 2 0 0 , , ( ) e i De Di D De Di i T T n e Z n e k k l l l l l − − − = = = + 0
点电荷的德拜屏蔽 ·考虑等离子体中的一个点电荷周围的电势 以(3 =,→ -ce 2 ●Q e 4兀Er 此时定积分常数利用无穷远处静电势为0及没有等离子体时 回归真空时的电势表达式。 ·等离子体中的电势比真空的显著减小,以德拜长度指数递减。 热运动使得屏蔽效果变差,电荷密度越大则屏蔽效果越好
点电荷的德拜屏蔽 • 考虑等离子体中的一个点电荷周围的电势 • 此时定积分常数利用无穷远处静电势为0及没有等离子体时 回归真空时的电势表达式。 • 等离子体中的电势比真空的显著减小，以德拜长度指数递减。 热运动使得屏蔽效果变差，电荷密度越大则屏蔽效果越好。 0 4 D r Q e r l p − = 2 2 2 2 2 2 2 1 ( ) , , D D r D d d r r dr dr d r ce dr l l l − = = = = = Q