近存在一个速度节△,在这个带里的电子相对于波的运动是足够慢的,使得电子都被捕集在势阱里,并被波以速度带走,如果在△?内,开始运动时的速度比慢的粒了多于比指快的粒了(如图所示),那末捕集过程就要消耗波的能量,而使粒了的能置有净增加。这就是期道阻尼的机理,详细的计算表明,只要《p,阻尼可以用频率的虚部来表示,这虚数由下式给出:元/k起)3 @-(eb/22)Im@=-0V:(%)(10. 93)在求(10.93)时,采用了麦克斯书速度分布,当无之,时,阻尼常数比(10.93)给出的值大,并且很快就比(10.83)给出的频率的实部大得多。朗道公式(10.93)表明,当<,时,等离子体的纵振荡实际上没有阻尼,可是,一旦~,时,阻尼就变得重要了(即使当二0.5kp时,尚有1m分一-0.7@)。当波数大于德拜波数时,阻尼是如此之大,以致谈论集体振荡是毫无意义的,另外一种不太相同的考虑方式也给出了同样的德拜波数限作为集体振荡效应的界限.我们知道,电子等离子体是具有均勾正电荷本底的电子集合,在非常小的长度尺度上,我们必须用相继发生的许许多多二体库仑碰撞来描写该电子等离子体的特性,但在较大的尺度上,诸电子往往发生合作效应,如果在任何地方出现了局部的正电荷过剩,就会有诈多电子蜂指过去把它中和了,这种对电荷涨落的集体响应,就是产生大尺度等离子体振荡的原因,但是,除了集体振荡之外,或考说得更恰当些,由于集体摄荡,电子的合作响应也会减少粒子间的库仑相互作用的长程性,单个电子毕竟是电荷密度的局部涨落.四周的电子都那样地被排斥开,以致把那单个电子的库仓场屏蔽起来,并把它变为短程相互作用。当人们领悟到粒子间的库仑力是静电相互作用的唯一来.32
源时,就可以明显地着出必定有像上述那样的现珑象发生。如策静电相互作用的-·部分实际上是产生长波长的集体等离子体报荡,那末,剩下的那部分必定是粒子间的短程相互作月之和德拜与胡克耳(Huckel)在他价们的电解质理论中,首先给山了上述屏蔽效应的一不严格的推导,基本论点如下:假定我们有一等离子体,其电子处在静电势为中的场中的热平衡分布状态那末,这些电子就按玻耳兹曼因数e-X/KT分布,因数中的H是电了的哈密顿函数,所以电子的空间密度为n(x) =nge-(es/xT)(10.94)现在我们想像,在这具有均句正离子本底(电荷密度为一en)的也子分布的原点上,放着一个检验电荷么e。总的势Φ将由下列泊松方程决定:?@=-4元Zed(x)-4men,[e-(es/KT)-1](10.95)如果假定(eΦ/KT)很小,就可以把方程线性化:428()(10.96)式中kb-4ange?(10.97)KT是(10.91)的另一种写法.方程(10.96)有球对称解:<D(r)=Zee"*Dr(10.98)上式表明,电了是这样运动的,即在约为,1的距离内把检验电荷的库仑场屏蔽起来,热动能与静电能之间的平衡决定屏蔽半径的人小,在数值七,kp-16.91/厘米(10. 99)式中T用开氏温标表示,是每立方愿来的电子数,对于T=106K,n=1015厘米-3的典型热等离子体来说,我们求得z。-1~2.2×·33*
10-厘米,对于低温下的简并性电子气体来说,德拜波数,由下列费密波数,所代替:h0(10.100)VP式中V,是在费密球面上的速度、这一屏蔽半径的大小,可由德拜-胡克耳近似法的费密-托马斯推广式导出,它自然符合色散关系(10.83)和均方速度(10.84)德拜-胡克耳屏蔽距离是粒了对的小尺度碰撞与大尺度集体效应(如等离子体振荡)之间的白然分界线。可以单独地证明,短波长的等离子体振荡由于强烈的阻尼而不存在,这是一件幸运的但不是偶然的事,参考书和推荐读物关于磁流体动力学和等离子体物理学的文献正在迅速地增多.系统地阐述磁流体动力学的专著有下列两本:Aifven and Falthammar,Cowling简短讨论磁流体动力学的著作有:Landau and Lifshitz, Elecerodynamics of Continuous Media,第八章,下列一本工程著作里有许多清晰的例题:Hughes and Young真点讨论等离子体物理的相当的著作有:Boyd and Sanderson:Chandrasekhar;Clemmow and DoughertysEcker;Holt and HaskellLinhart;34:
Simon;Spitzer.萨离了体中的拍射过程在上列许多书里都加以计论,例如在BoydandSanderson和ClemmowandDougherty这两本书理,有一本专门湾注送些问题的书是Bekefi.磁流体动力学和管离子体物理学的概念在地磁场中在太阳系内外的隧现象和带电粒子现象中的应用,可以在下列三本书里我均:Alfven and Falthammar;Hess;Rossi and Olbert.下列两本书里讨论了受控热核反应(19C0年游的):Glasstone and Lovberg;Rose and Clark.下面这篇论文对受控热核反应的新近成果作了简短说切:R.S.Pease,Phy8.Bull.20,515(1969)想要了解等离子体研究的最近情况的读各,可以查阅下列两您评论性丛书:AduancesinPtasmaPhysics,eds.A.SimionandW.B.Thompson, Intcrscience-Wiley, New York;Reviews of Plaama Physics, ed.M.A.Leontovich, (H.Lashin-sky详),Consultants Bureau,New York习题10.1有一无限长的实心金履正圆柱体,其率径为(R/2),电导率为α.在它外围紧套着(但与它绝缘的)一个用同样材料做成的空心金属国杜体,其内半径为(R/2),外半经为R。在内圆柱体和空心外圆柱体中流过的总电流的量值相等,而方向相反,但都均句地分布在其截面上、在0时,外电压被短路,(a)求在t=0前这两圆柱体内磁感应强度的分布(b)求在=0后磁感应强度分布与时闻的函数关系,位移电流忽略不计355
(c)问在长时间问隔内磁感应强度与时尚的函数关系怎样!你所指的长时间问间隔是怎样定义的!10.2在等离子体开始箍缩之前,将轴向磁感应强度捕集在等离子体内,就可以产生一个比较稳定的自箍缩等离子体柱,假设等离子体柱最初是充满在-个半径为R。的导电管内,并且在管内有一磁感应强度为B的均句轴陶磁场,然后将电压加在管子上,使得电流沿轴向流动,并产生沿方位圆方向的磁感应强度,(α)试证:如果应用谁平衡条件,就可以将压强平衡关系写成[p(r)++B+dr=08元18元元.4元J1()如果等离子体具有鲜明的边界,而且电导率很大,使得电流能沿潜表面的一个薄层流动,试证:在准静态情况下,等离子体柱的半径(t)由下式给出:n()f(o)dt式中to=BraReCE.E.f(t)是外加电场(c)如果最初的轴向磁场为100高斯,外加电场的初植为1伏特/匾米,并在1毫秒内儿乎是线性地下降到零,如果等离子体柱的初半径为50厘米,求它的终半径,这些条件与英国的环式装置(Zeta)所用的条件差不多,不过由于外感应效应使得箍缩效应比这里所求得的值小,参看E.P.Buttetal.Proceedings of the Secand International Conference on Peacefu!UsesofAtomicEnergy,Vol.32,p.42(1958).10.3在磁感应强度为B。的均勾静磁场中放置个可压缩的无粘滞性理想导电流体,则在该流体内可以发生磁流体动力波,如果波的传播方向不平行于B,也不垂直于B则就不能将波分为纯纵波(磁声波)和纯波(阿耳文波),设波的传播方向k与磁场B。的夹角为9.(4)试证:这时有三个不同的波,其相速度由下式给出:21 =(0gcos):,3(+)±[()-48 c0822*36*