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等離子體物理學
編輯等離子體物理學解釋了有助于理解等離子體的各種物理概念。真空中的放電現象是在18世紀注意到的,但在此之后的一刻被人們遺忘了。1835年左右,邁克爾·法拉第(Michael Faraday)再次關注真空放電,密切觀察放電管中穩定實現該現象的現象,發現了一種名為法拉第暗部以及輝光和正極柱的結構。自那以后,威廉·克魯克斯(William Crooks)等人極大地發展了真空放電研究,并為建立現代物理學做出了貢獻,包括對電子發現的貢獻。
由放電產生的等離子體本身的研究始于1920年代的Irving Langmuir。大約從1922年10年朗繆爾,研究了在氣體中的放電現象,在此期間,朗繆爾探針建立裝置,用于測量血漿的發展的基本量(密度,溫度),等離子體振蕩它們來發現通過闡明機理等偉大成果,成立了所謂的等離子體物理學。1928年,首次將放電產生的電離氣體命名為“等離子”。
對于等離子物理學的發展,Burasofu等式成立(Vlasov方程)是很重要的。布拉索夫在1945年證明,在帶電粒子之間的碰撞在等離子振蕩等現象中可忽略不計,并將動力學方程式(無碰撞玻耳茲曼方程式)與碰撞項設置為0和電磁場的麥克斯韋方程式結合起來。該方程描述在系統中的等離子體振蕩。該方程組稱為Brasov方程,被廣泛用作最適合等離子體特性的方程。
1946年,Lev Landau改進了Brasov的處理方式,并設計了一種使用Laplace變換求解Brasov方程的方法。結果表明,在等離子體振蕩中存在一種稱為朗道阻尼的現象。這種Landau方法已成為當今等離子理論的最基本方法。
自1950年代以來,等離子體的研究已xxx加速。驅動力是熱核聚變作為一種能源的研究和空間物理學的進展。熱核聚變的研究始于1950年代初期,并與全球合作進行,最近,熱核聚變需要的條件(溫度為1億℃,顆粒密度為?10?20?m?-3)已經產生了滿足上述要求的聚變等離子體,并且已經實現了科學驗證。然后,在2005年,出于工程演示的目的,決定在法國建造國際熱核實驗反應堆(ITER),以表明下一階段的“融合反應堆作為系統”是可行的。 。
另一方面,在空間物理學中,隨著火箭和人造衛星的探索的進展,已經知道等離子體在地球外空間中起著極其重要的作用,而磁流體動力學描述了等離子體的宏觀行為。開發并取得了很好的成果,例如闡明了地球磁層的結構。
1970年,空間等離子體的研究員漢尼斯·阿爾文是“?電磁流體動力學基礎研究的,施加到等離子體物理學”,由諾貝爾物理學獎被授予。
另外,等離子體已經通過包括等離子體顯示的許多應用與日常生活緊密相關。
描述等離子體的方程組
編輯由于等離子體是一組帶電粒子和電磁場交織在一起的系統,因此有必要使用描述帶電粒子運動的方程式和描述電磁場的麥克斯韋方程式的組合。其中,麥克斯韋方程精確地描述了電磁場,但是沒有方程能夠精確描述帶電粒子組的運動,因此根據情況使用以下近似方程。
流體描述
由于等離子體是導電流體,因此我們可以首先使用磁流體動力學(MHD)方程系統。特別是,將主要由MHD進行復雜幾何配位的研究,例如通過圓環約束等離子體。諸如血漿的壓力和張力以及流體與磁力線之間的凍結之類的概念非常有用。
此外,作為獨立的流體的離子和電子,等離子體相信離子流體和電子流體的混合物,組裝流體動力學方程的每個,在離子和電子的相互作用的角度討論了談判2流體模型也非常有用。據此,可以根據離子和電子的特性分別考慮離子和電子的行為,并且可以進行比MHD更詳細的分析。
在雙流體模型中,使用離子和電子之間的質量非常不同的方法,將兩個方程式結合起來,“動力學方程式”控制等離子體流體的運動,“廣義歐姆”控制電流行為。可以以聯立方程的形式進行組織。該方程組對于血漿分析本身非常有用,但是通過引入一些眾所周知的近似,可以再次獲得MHD的方程組,并且可以闡明MHD中包含的近似的含義。有用的。
動力學描述
構成等離子體流體描述局部顆粒熱平衡已被假定為在快速現象的現實時間刻度比松弛過程導致平衡與等離子體,即,從局部熱平衡的大離速率分布函數的麥克斯韋分布從在許多現象中,偏差至關重要。因此,描述速度分布函數變化的動力學方程式與麥克斯韋方程式結合使用。
通常,為每個離子和電子建立運動方程,并將其與麥克斯韋方程組聯系起來,但是根據現象,根據問題的特征,通常使用簡化得多的模型。例如,在等離子體振蕩中,離子不能跟隨快速的時間變化,因此它們被視為形成背景的均勻電荷分布,并且僅電子由動力學方程處理。
由于等離子體是弱耦合粒子系統,因此Brasov方程是無碰撞的Boltzmann方程和Maxwell方程的組合,動力學方程的碰撞項設置為0,是描述等離子體的最合適方程。為了合并粒子間碰撞的影響,我們根據問題使用了具有各種近似碰撞項的動力學方程,從簡單的松弛型碰撞項到詳盡的玻耳茲曼方程。在等離子體中,通過利用粒子之間的分子間力近似的幾個碰撞項就是庫侖力,因此我們打算分別描述它們。
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