Материал: Морозов Введение в теорию горячей плазмы Ч.1 2011
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
Д.Х. Морозов
ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ
Часть 1
Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технология» в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2011
УДК 533.9.01(075) ББК 22.333я7 М 80
Морозов Д.Х. Введение в теорию горячей плазмы. Часть1. Учебное пособие. – М.: НИЯУ МИФИ, 2011. 228 с.
Пособие позволяет ознакомиться с основными понятиями в теории плазмы. Рассматриваются движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, основы кинетики и гидродинамики, теория кулоновских столкновений, ленгмюровские и МГД-волны, бесстолкновительное затухание Ландау, ударные волны и разрывы, простые волны и волны на мелкой воде, а также электромагнитные волны в плазме.
Пособие предназначено для студентов старших курсов и аспирантов физических факультетов вузов.
Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИИЯУ МИФИ.
Рецензент д-р физ.-мат. наук, проф. В.И. Ильгисонис
ISBN 978-5-7262-1632-4 |
© Национальный исследовательский |
|
ядерный университет «МИФИ», 2011 |
Редактор Т.В. Волвенкова
Подписано в печать 15.11.2011. Формат 60×84 1/16 Уч.-изд. л. 8,0. Печ. л. 14,25. Тираж 100 экз. Изд. № 4/9. Заказ № 83.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское шоссе, 31.
ООО «Полиграфический комплекс «Курчатовский». 144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42.
Предисловие
В основе этого учебного пособия лежит курс, который читался в течение нескольких лет для студентов кафедры физики плазмы МИФИ. Курс ориентирован на студентов, специализирующихся в области термоядерного синтеза, а конкретнее, в области теории магнитного удержания. С одной стороны, эта область науки быстро развивается, поэтому в курс введен ряд результатов, полученных сравнительно недавно и не вошедших еще в монографии и учебники. С другой стороны, ряд классических результатов изложен в монографиях, трудных для понимания на студенческом уровне. Поэтому значительная часть курса посвящена подробному разъяснению физических и математических трудностей и сведению разбросанных по литературе данных воедино. В какой-то степени предлагаемое пособие перекликается с книгой Б.А. Трубникова «Теория плазмы», но существенно отличается от нее как по содержанию, так и по методике изложения. В частности, в настоящее пособие включены такие вопросы, как получение уравнений магнитной гидродинамики из кинетического уравнения, освещен ряд нелинейных эффектов, рассмотрена весьма специфическая динамика излучающей плазмы с примесями и т.п. То же можно сказать и о
3
вышедшей недавно переводной книге К. Миямото «Основы физики плазмы и управляемого синтеза" под редакцией акад. В.Д. Шафранова. В то же время объем пособия не позволяет включить в него такие разделы, как методы ВЧ-нагрева плазмы, неустойчивости, возбуждаемые быстрыми частицами, методы квантово-механических расчетов сечений элементарных процессов, в которых автор не является специалистом, релятивистскую гидродинамику и т.п.
Основной задачей настоящего пособия является ознакомление студентов с языком теории плазмы, теорией основных явлений в горячей плазме и подготовка их к чтению научных публикаций по теории плазмы. При написании Пособия использовалась гауссова система единиц как наиболее удобная для теории плазмы.
4
Введение
Физика плазмы как самостоятельная наука начала развиваться в первой половине XX века. Корни ее лежат в изучении газового разряда и распространения радиоволн в ионосфере. Однако стремительное развитие астрофизики и начатые в пятидесятых годах того же века работы по управляемому термоядерному синтезу выдвинули физику плазмы в ряд наиболее важных дисциплин современной науки. Если сто лет назад исследователи полагали, что динамика нашей вселенной определяется исключительно гравитацией, то сейчас вряд ли у кого вызывает сомнение, что многие свойства вселенной определяются веществом в состоянии плазмы и создаваемыми им электрическими и магнитными полями. Межзвездная и межпланетная среды, звездный ветер, звездные атмосферы, влияние звезды, в частности, Солнца, на магнитосферы планет, космические лучи, радиоизлучение пульсаров, формирование галактик и многие другие явления являются предметом физики плазмы.
Быстрое успешное решение проблемы использования энергии деления урана и других делящихся элементов, а также весьма малый промежуток времени между созданием урановой и водородной бомбы вселили огромный оптимизм относительно овладения управляемым термоядерным синтезом. Казалось, четыре или пять лет – и проблема будет решена. Однако плазма
5