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奧坤鑫:淺談等離子體的波動(dòng)模式
2016.10.20
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  【真空等離子設(shè)備】等離子體中的波動(dòng)模式非常復(fù)雜。既有橫波(波矢k與電場(chǎng)E垂直),也有縱波(k與E平行),也有非橫非縱的波。有橢圓偏振波,也有圓偏振和線偏振波。波的相速可以大于、等于或小于真空光速 c 。波的群速和相速可以平行、不平行或反平行。
 
  波的形式如此之多,這是因?yàn)椋入x子體中的帶電粒子可以和波的電磁場(chǎng)發(fā)生作用而影響波的傳播。如果有外加磁場(chǎng),則波動(dòng)、磁場(chǎng)的擾動(dòng)和粒子的運(yùn)動(dòng)互相影響,就使得波的模式更加繁雜。
 
  例如,正負(fù)電荷的分離,會(huì)產(chǎn)生靜電場(chǎng),其庫侖力是恢復(fù)力,由此產(chǎn)生了朗繆爾波;磁力線的彎曲,其張力是恢復(fù)力,由此產(chǎn)生了阿爾文波;等離子體中各種梯度,如密度梯度、溫度梯度等,會(huì)引起漂移運(yùn)動(dòng),漂移可以和波的模式耦合,由此產(chǎn)生了漂移波。
 
  波可以粗分為冷等離子體波與熱等離子體波。【常壓等離子設(shè)備
 
  當(dāng)粒子的熱速遠(yuǎn)小于波速,以及回旋半徑(對(duì)磁化等離子體來說)遠(yuǎn)小于波長時(shí),這時(shí)是冷等離子體,其波動(dòng)現(xiàn)象采用磁流體力學(xué)方法來研究。
 
  非磁化冷等離子體中的波有光波,波速比真空光速c大。對(duì)于磁化冷等離子體,它是各向異性的,介電常數(shù)成為張量。如同其他各向異性介質(zhì)中會(huì)有兩支波一樣,磁
 
  化冷等離子體中也有兩支波:尋常波與非常波。
 
  當(dāng)?shù)入x子體的折射率 n = 0時(shí),波被截止而反射,當(dāng)n → ∞ 時(shí),波與共振粒子作用而被粒子吸收。例如,當(dāng)波矢k與外磁場(chǎng)平行時(shí),頻率為 w = wce的非常波會(huì)與繞磁場(chǎng)回旋的電子共振,w = wci的尋常波則會(huì)與回旋離子共振,wce 和 wci 分別是電子及離子的回旋頻率,此時(shí),波的能量被吸收,形成回旋阻尼。
 
  對(duì)于熱等離子體,粒子的熱運(yùn)動(dòng)以及有限回旋半徑引進(jìn)了一些新的模式和新的效應(yīng)。【等離子Plasma
 
  非磁化熱等離子體中的波除光波外,還有電子朗繆爾波及離子聲波。朗繆爾波會(huì)與速度相近的電子共振而形成朗道阻尼。
 
  磁化熱等離子體中波的一個(gè)特點(diǎn)是,由于多普勒效應(yīng)等原因,頻率為 w =lwce ( l = 0,1,2,…)的非常波會(huì)與回旋電子共振, w =lwci ( l = 0,1,2,…)的尋常波會(huì)與回旋離子共振,形成切倫科夫阻尼及回旋阻尼。
 
  在非均勻等離子體中,除了會(huì)產(chǎn)生漂移波外,在一定條件下,不同模式的波可以互相轉(zhuǎn)化,例如非常波可轉(zhuǎn)化為尋常波或縱波。
 
  非線性波有激波、無碰撞激波、孤立波等。如考慮到非線性效應(yīng),則不同模式的波既可互相轉(zhuǎn)化,也可互相激發(fā),如橫波可以激發(fā)縱波。
 
  波動(dòng)理論不僅研究色散關(guān)系,也研究等離子體中波和波相互作用、等離子體中波和粒子相互作用等。【等離子處理機(jī)

 
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