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1、等离子体物理第五章 等离子体中的电磁波 本次课内容第五章 等离子体中的电磁波 5.3 冷等离子体波(磁化等离子体)5.4 等离子体波的热效应5.3 冷等离子体波目标: 利用已知的等离子体方程计算近似: 忽略粒子的热运动 适用性: 忽略等离子体压强和吸收 波的相速度热运动速度 5.3.1 - 色散关系推导5.3.2 - 混合共振，垂直传播5.3.3 - 哨声5.3.1 - 色散关系推导流体等离子体方程冷等离子体近似 所有粒子遵从牛顿第二定律,一起移动 取背景等离子体的其中5.3.1 - 色散关系推导解为其中回旋频率5.3.1 - 色散关系推导电流, j类粒子的电导率张量总的电导率5.3.1 -

2、色散关系推导5.3.1 - 色散关系推导其中为等离子体频率 5.3.1 - 色散关系推导色散张量 选择坐标系,使ky=Ny=0。5.3.1 - 色散关系推导行列式解为判别式解的等效的形式（称为阿普尔顿哈特里色散关系）5.3.1 - 色散关系推导解也可写为=0, , 平行传播：P=0, N2=R, N2=L=/2 , , 垂直传播：N2=RL/S，N2=P 5.3.1 - 色散关系推导例：右手波 在R=0处右手波截止, 解为 mime 5.3.1 - 色散关系推导右手波色散关系的形式5.3.2 - 混合共振, 垂直传播 “异常”波分母=0时产生共振, 解2的方程可得 5.3.2 - 混合共振,

3、垂直传播 很高的浓度下,很低的浓度下,托卡马克中,5.3.2 - 混合共振, 垂直传播 磁化色散关系概要传播的波: 阴影kww=kcWeWikww=kcwUHwLHwRwLw=kvAwRwLwpew=kvAkB0k | B0哨声波离子回旋波电子回旋波电磁波X模O模AlfvenAlfven电磁波X模高混杂低混杂平行磁场和垂直磁场传播的波的色散关系图5.3.3 - 哨声N21, 右手波可写为群速度5.3.3 - 哨声群速度群速度延迟为5.3.3 - 哨声哨声延迟图雷击：函数激发所有频率, 低频后到 5.4 - 等离子体波的热效应如果很低, 或N21, 必须考虑热效应，即压力 B0=0,线性化动量方

4、程傅立叶分析(舍去下标1) 状态方程 + 连续性方程 状态方程 泰勒展开5.4 - 等离子体波的热效应 连续性方程线性化傅立叶变换因此动量为5.4 - 等离子体波的热效应横波不受压力的影响,仅需考虑纵波选取坐标轴5.4 - 等离子体波的热效应纵波的色散关系为p0=n0T=nT5.4 - 等离子体波的热效应电子等离子体波的玻姆-格罗斯公式群速度5.4.1 - 折射率图玻姆-格罗斯电子等离子体波:比较: 横向电磁波折射率图。上图用玻姆-格洛斯等离子体波尺度。下图为横越电磁波尺度。5.4.1 - 折射率图垂直方向上电子等离子体波尺度更大在电磁波尺度上,等离子体波的曲线几乎是垂直的 5.4.2 - 包

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