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1 基础等离子体物理学基础等离子体物理学 第一章第一章 基本概念基本概念 1 1 等离子体应用等离子体应用 1 1 1 等离子体的基本概念和定义等离子体的基本概念和定义 等离子体是和固体 液体 气体同一层次的一种物质存在形态 其最特出的 特征是 由大量的带电粒子 电子 各种电离态的离子 主导基本物理过程 确定基本物理性质 由大量的带电粒子 电子 各种电离态的离子 主导基本物理过程 确定基本物理性质 也就是说 由带电粒子间的长程也就是说 由带电粒子间的长程 Coulomb 力 而不是仅限 于分子尺寸范围的 力 而不是仅限 于分子尺寸范围的 Van der Waals 力 确定粒子间相互作用 由这些带电粒子的 集体相互作用形成的宏观电磁场和压强以及外加的电磁场确定系统整体的物理 特征 力 确定粒子间相互作用 由这些带电粒子的 集体相互作用形成的宏观电磁场和压强以及外加的电磁场确定系统整体的物理 特征 可以同时存在中性原子 分子或由更多分子集团组成的微粒 如尘埃微粒 cluster 等 Plasma 一 词最早在生物学名词中代表 原生质 和 血浆 1929 年 Langmuir 2 地球的电离层 ne 1012m 3 Te 0 1eV Ti 0 3 磁约束聚变反应堆堆心 ne ni 1 1020m 3 Te Ti 10keV 4 行星际空间 ne 108m 3 Te 0 01eV Ti 0 3 试证明 电子 离子的小角度碰撞引起的角度偏转 222 22 2 ei eeii ZeZ e m bvmbv 可以用如下方法求出 设离子作用于电子上的力为 2 2 e Ze F b ur 作用时间2 e tb v 离子 离子作用力 22 2 i Z e F b uu r 作用时间 4 e tb v 4 试证明 1 cos AB r 是 2 23 d rC r dtr r r 的基本解 其中 A B C 为常数 5 请论证 如离子固定不动 则等离子体的 Debye 屏蔽长度为 DDe 22 6 在低温 10 e TeV 弱电离 电离度 3 10 等离子体中 电子与中性原子的弹性碰撞 对电子的 动量和能量输运有重要作用 在电子能量低于 2eV 时 电子与中性原子的弹性碰 撞截面 大约为 2 0 a 10 0 0 53 10am 为起氢原子的 第一 Bohr 半径 的若干倍 设为 6 倍 碰撞几率与 0 nv 求 183 0 10nm 时 1eV 电子与中性原子的 碰撞几率 7 电子与中性原子的 碰撞度是大角度散射 因此 碰撞频率即为 0 nv 求电子的电阻率 8 为什么对气体 单位体积中的 气体数越多 气体间的 相互作用越强 而对等离子体 Debye 球内的粒子数越多 粒子间的相互作用越弱 9 设在密度均匀的冷等离子体中有一对 虚平板 在时刻 t 0 在两平板上突然加上电压差 2V 求等离子体的响应 10 聚变装置中的典型等离子体参数为 ne ni
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