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1、等離子體物理學介紹：等離子體物理學是研究等離子體性質的物理學分支。

2、等離子體是物質的第四態，是由電子、離子等帶電粒子及中性粒子組成的混合氣體，宏觀上表現出準中性，即正負離子的數目基本相等，整體上呈現電中性，但在小尺度上具有明顯的電磁性質。

3、等離子體還具有明顯的集體效應，帶電粒子之間的相互作用是長程庫侖作用，單個帶電粒子的運動狀態受到其它許多帶電粒子的影響，又可以產生電磁場，影響其它粒子的運動。

4、等離子體物理學目的是研究發生在等離子體中的一些基本過程，包括等離子體的運動、等離子體中的波動現象、等離子體的平衡和穩定性、碰撞與輸運過程等等。

5、等離子體物理學具有廣闊的應用前景，包括受控核聚變、空間等離子體、等離子體天體物理、低溫等離子體等等。

6、等離子體物理學研究類型：等離子體物理學常用的有單粒子軌道理論、磁流體力學、動理學理論三種研究類型。

7、單粒子軌道理論不考慮帶電粒子對電磁場的作用以及粒子之間的相互作用。

8、磁流體力學將等離子體作為導電流體處理，使用流體力學和麥克斯韋方程組描述。

9、這種方法只關注流體元的平均效果，因此是一種近似方法。

10、動理學理論使用統計物理學的方法，考慮粒子的速度分布函數。

11、等離子體物理學研究方法：(1) 實驗研究　用實驗方法研究等離子體有如下特點。

12、對于天然的等離子體，即天體、空間和地球大氣中出現的等離子體，人們不可能用地面上實驗室中的一般方法主動地調節實驗條件或加以控制，而主要只能通過各種日益增多的天文和空間觀測手段,如光學、射電、X射線以及現代的高空飛行器和人造衛星──“空間實驗室”，來接收它們所發射的各種輻射（包括各種粒子）。

13、根據大量的觀測結果，并在天體物理學和空間物理學的認識基礎上，依靠已建立的等離子體物理理論和已有的各項基本實驗數據，進行分析和綜合，方能深入地認識這些天然等離子體的現象、本質、結構、運動和演化的規律。

14、要研究或利用各種人造的等離子體，必須先把它們制造出來；而要制造任何一種新的等離子體或者擴展它的性能參量，又往往必須對它先有一定的認識。

15、由此可見，對于人造等離子體，只能采取邊制造邊研究，研究和制造循環結合、逐步前進的辦法。

16、例如，受控核聚變等離子體的研究，就是通過一代又一代的實驗裝置，來產生具有特定性能的等離子體，逐步提高它們的溫度和約束程度。

17、而每一代裝置的設計，又必須在已有等離子體實驗的基礎上，通過理論方面的外推和定量演算，加以確定。

18、特別是較大類型裝置的建造，必須立足于各項經過試驗的、成熟的工程技術，輔之以必需和能夠及時開發出來的單項新技術，例如強流電子束和離子束技術。

19、裝置建成后，實驗的第一步是使用各種儀器手段，對裝置中產生的等離子體進行測量；測量數據要按照已有的理論進行處理，以得出裝置中等離子體具體形成過程和現象細節性質的定性和定量的結果，這些就是等離子體診斷學的內容。

20、對實驗條件的調節和控制也必需有測量診斷的結果作為依據，然后方可接上現代的信息和控制技術，構成閉環的操作，從而推進實驗研究。

21、實驗結果要同參量條件相對應的理論分析進行對比校驗，以判定實驗及理論的前進方向。

22、等離子體實驗的因素復雜多變，難度大，精確度不高，而理論描述又遠未完善；實驗中意料之外的結果常會出現，而成為理論創新的前導。

23、(2) 理論描述　包括近似方法和統計方法。

24、粒子軌道理論和磁流體力學都屬于近似方法。

25、粒子軌道理論是把等離子體看成由大量獨立的帶電粒子組成的集體,只討論單個粒子在外加電磁場中的運動特性,而略去粒子間的相互作用，也就是近似地求解粒子的運動方程。

26、這種理論只適用于研究稀薄等離子體。

27、在一定條件下的稠密等離子體，通過每種粒子軌道的確定，也可對等離子體運動作適當的描寫，也能提供稠密等離子體的某些性質。

28、不過，由于稠密等離子體具有很強的集體效應，粒子間耦合得很緊，因此這種理論的局限性很大。

29、磁流體力學不討論單個粒子的運動，而是把等離子體當作導電的連續媒質來處理，在流體力學方程中加上電磁作用項,再和麥克斯韋方程組聯立,就構成磁流體力學方程組，這是等離子體的宏觀理論。

30、它適用于研究稠密等離子體的宏觀性質如平衡、宏觀穩定性等問題，也適用于研究冷等離子體中的波動問題。

31、然而，由于它不考慮粒子的速度空間分布函數，因此，它無法揭示出波粒相互作用和微觀不穩定性等一系列細致和重要的性質。

32、等離子體按其本性是一個含有大量帶電粒子的多粒子體系，所以嚴格的處理方法就是統計方法，即求出粒子分布函數隨時間的演化過程。

33、這種理論就是等離子體動力論，也稱為等離子體的微觀理論。

34、對于波動和微觀不穩定性，動力論采用符拉索夫方程來研究。

35、對于弛豫過程和輸運問題，動力論采用福克-普朗克方程。

36、微觀理論可以得到宏觀理論所得不到的許多知識。

37、例如在波動問題方面，只有動力論才能導出朗道阻尼。

38、至于微觀不穩定性，主要討論速度空間中偏離平衡態所引起的不穩定性，這類問題是宏觀理論無法研究的。

39、從動力論方程出發，可以導出磁流體力學的連續方程、動量方程和能量方程。

40、(3) 數值計算　現有的理論描述中，磁流體力學、符拉索夫方程、福克-普朗克方程都是非線性偏微分方程,包含很多參量，為了求出解析解，物理模型往往過分簡化以至無法精確和全面地包羅各種效應，因此數值計算在等離子體研究中的作用越來越大。

41、另外，由于高溫等離子體的實驗和診斷都較難進行,所以自70年代以來,發展了一種數值實驗的方法。

42、就是在大容量的計算機上，用大量粒子來模擬等離子體的運動，以研究它的宏觀和微觀不穩定性等問題。

43、這已成為一種有力的研究方法。

44、發展前景：自20世紀20年代特別是50年代以來，等離子體物理學已發展成為物理學的一個十分活躍的分支。

45、在實驗上，已經建成了包括一批聚變實驗裝置在內的很多裝置，發射了不少科學衛星和空間實驗室，從而取得大量的實驗數據和觀測資料。

46、在理論上，利用粒子軌道理論、磁流體力學和動力論已經闡明等離子體的很多性質和運動規律，還發展了數值實驗方法。

47、半個多世紀來的巨大成就，使人們對等離子體的認識大大深化；但是一些已提出多年的問題，特別是一些非線性問題如反常輸運等尚未得到完善解決，而對天體和空間的觀測的進一步開展，以及受控熱核聚變和低溫等離子體應用研究的發展，又必定會帶來更多新的問題。

48、今后一個相當長的時期內，等離子體物理學將繼續取得多方面的進展。

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