高温等离子体物理chapter9.pdf

第十章第十章 等离子体波 动理学理论 等离子体波 动理学理论 10 1 静电波 静电波 Landau阻尼阻尼 10 2 电磁波的动理学理论电磁波的动理学理论 回旋阻尼 高次回旋阻尼 高次 谐波 谐波 Bernstein波波 10 3 非线性波非线性波 1 色散关系的一般形式与介电张量色散关系的一般形式与介电张量 流体力学理论流体力学理论 动理学理论动理学理论 线形化 无碰撞 线性化 2 以静电郞缪尔波为例 本征模问题 简正模假设 本征模问题 简正模假设 Why the singularity should be considered Continuity requirement by Plemijl formula Landau route Landau destabilizing 初值问题初值问题 郎道路径郎道路径 本征模即长时间行为本征模即长时间行为 等离子体 色散函数 基本特征为流体 等离子体振荡可以传播 波是阻尼的 称为郎道阻尼 郎道阻尼的物理解释郎道阻尼的物理解释 见FF Chen 郎道阻尼和 逆郎道阻尼 声波的郎道阻尼 3 等离子体中的电磁波等离子体中的电磁波 沿未扰动轨道积分法沿未扰动轨道积分法 n 0 n 0 对于零阶为Maxwell分布 平行于磁场传播的电磁波平行于磁场传播的电磁波 为方便 我们只考虑电子响应 左旋波 无阻尼 右旋波 当 不靠近 ce时也基本无阻尼 回旋阻尼回旋阻尼 这种机制不同于郎道阻尼这种机制不同于郎道阻尼 1 共振条件和能量转移解耦 共振条件和能量转移解耦 2 不存在逆阻尼 不存在逆阻尼 垂直于磁场传播的电磁波垂直于磁场传播的电磁波 一般色散关系 高次谐波一般色散关系 高次谐波 寻常波寻常波 非寻常波非寻常波 共振条件 波恩斯坦波 准静态模式 共振条件 波恩斯坦波 准静态模式 任意角度传播的电磁波任意角度传播的电磁波 既有高次谐波 又有回旋阻尼既有高次谐波 又有回旋阻尼 4 非线性波 非线性波 弱非线性理论 扰动方法有效 1 弱相干 几个有限振幅波 2 准线性 无穷多波 相位混沌 a 非线性波 离子声孤立波 非线性导致波的 破碎 x 本质是高次谐波的激发 需要色散效应 或者耗散 来补偿 离子声孤立波 KdV方程 KdVKdV方程方程 离子声孤立波解 b 有质动力有质动力 c 参量不稳定性 频率匹配 波长匹配 振幅要求 受激Raman散射 EM EM EPW 受激Brillouin散射 c EM EM ISW 双等离子体衰变 EM EPW EPW 离子声衰变 参量衰变 b EM EPW ISW 电子等离子体波衰减 a EPW EPW ISW 匹配条件 造成的后果匹配条件 造成的后果 d 非线性Landau阻尼 俘获效应 退化的三波相互作用 5 流体和动力学波比较 流体 处理简单 可合理简化 易推广 有碰撞项 存在截断问题 动力学 粒子效应 郎道 回旋阻尼 高次旋谐波 FLR 速度分布 通常 低频长波长的更多流体特征 二者结合 修正的流体方程 Vlasov Eq Pkinetic Pfluid 三种主要效应 1 线性波粒子作用 波传播 阻尼 不 稳定性 2 非线性波粒子作用 非线性阻尼 有 质动力等 3 非