В. А. РОЖАНСКИЙ
Òåîðèÿ ÏËÀÇÌÛ
Рекомендовано УМО по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров «Техническая физика»
САНКТПЕТЕРБУРГ• МОСКВА• КРАСНОДАР• 2012
ББК 22.333я73 Р 62
Р 62
Рожанский В. А. Теория плазмы: Учебное пособие. — СПб.: Изда' тельство «Лань». — 2012. — 320 с.: ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература). ISBN 9785811412334 Учебное пособие содержит изложение вопросов кинетики, динамики и равновесия плазмы, а также процессов переноса в ней. Данный курс отличается от большинства курсов лекций по физике плазмы тем, что в нем описываются явления как в полно' стью ионизованной плазме, так и в частично ионизованной. Пособие предназначено для студентов технических вузов, обучающихся по направлению подготовки «Ядерные физика и технология», а также студентов, изучающих управляемый тер' моядерный синтез, физику газовых разрядов и другие области низкотемпературной плазмы, физику ионосферы, физику косми' ческой плазмы и т. д. Рецензент: Д. Х. МОРОЗОВ — доктор физико'математических наук, началь' ник лаборатории теории турбулентной плазмы Института физи' ки токамаков НИЦ «Курчатовский институт».
ББК 22.333я73
Зав. редакцией физико'математической литературы К. Е. Житков Ответственный редактор О. А. Шаповалова Художественный редактор С. Ю. Малахов Редактор Т. В. Ананченко Корректоры Т. А. Брылева, А. М. Плетнева Верстка М. И. Хетерели Выпускающие М. В. Тучина, О. В. Шилкова ЛР № 065466 от 21.10.97 Гигиенический сертификат 78.01.07.953.П.007216.04.10 от 21.04.2010 г., выдан ЦГСЭН в СПб Издательство «ЛАНЬ»
[email protected]; www.lanbook.com 192029, Санкт'Петербург, Общественный пер., 5. Тел./факс: (812) 412'29'35, 412'05'97, 412'92'72. Бесплатный звонок по России: 8'800'700'40'71
Обложка Е. А. ВЛАСОВА © Издательство «Лань», 2012 © В. А. Рожанский, 2012 © Издательство «Лань», художественное оформление, 2012
ВВЕДЕНИЕ
Курс лекций «Теория плазмы» читается в СанктПетербургском государственном политехническом университете с 1989 г. для студентов специальности «Фи зика плазмы». Предполагается первоначальное знаком ство с основами физики плазмы в рамках курсов «Введе ние в специальность», «Основы физики плазмы» и «Эле ментарные процессы в плазме». Курс лекций рассчитан на два семестра и содержит изложение кинетики плазмы и процессов переноса (в первом семестре) и вопросов дина мики и равновесия плазмы (во втором семестре). Вопросы распространения волн в плазме систематически рассмат риваются на кафедре физики плазмы отдельно, поэтому в данном курсе рассмотрены только те низкочастотные вол ны и неустойчивости плазмы, которые тесно связаны с ее динамикой и процессами переноса в ней: ионнозвуковые, МГД и дрейфовые волны. Данный курс отличается от большинства курсов лекций по физике плазмы тем, что в нем излагаются явления как в полностью ионизован ной плазме, так и в частично ионизованной. Поэтому он может быть полезен широкому кругу специалистов, ра ботающих в области управляемого термоядерного синте за, физики газовых разрядов и других областей низко температурной плазмы, физики ионосферы, физики кос мической плазмы и т. д. В списке литературы приведены в основном ссылки на русскоязычную литературу, где рас смотрены те или иные вопросы данного курса. Автор признателен Е. Г. Кавеевой и И. Ю. Сениченко ву за ценные замечания и И. Ф. Рожанской за помощь в подготовке рукописи к печати.
Глава 1. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ
1.1. КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ БОЛЬЦМАНА
Состояние плазмы в общем случае описы 1 1 вается набором функций распределения 11 12 2 3 243 для вхо дящих в нее компонент. Функция распр