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第一章 导论1

§1.1 等离子体——物质第四态1

1.1.1 什么是等离子体1

1.1.2 如何研究等离子体3

§1.2 描述等离子体的基本参量4

1.2.1 等离子体独立参量4

1.2.2 等离子体的几个特征参量6

§1.3 德拜屏蔽效应7

1.3.1 德拜长度7

1.3.2 德拜势9

1.3.3 德拜半径的物理意义10

§1.4 等离子体的集体振荡10

1.4.1 等离子体振荡10

1.4.2 等离子体电子振荡频率11

1.4.3 振荡频率的物理意义12

第二章 单粒子轨道运动14

§2.1 引言14

§2.2 带电粒子在均匀恒定电磁场中的运动15

2.2.1 在均匀磁场中的运动——拉莫尔回旋15

2.2.2 在均匀磁场和电场中的电漂移运动17

2.2.3 在任意常数力场和重力场中的漂移运动18

§2.3 带电粒子在非均匀恒定电磁场中的运动19

2.3.1 回旋中心漂移近似19

2.3.2 带电粒子的梯度漂移20

2.3.3 带电粒子的曲率漂移22

2.3.4 有限拉莫尔半径效应23

2.3.5 回旋中心沿磁场的运动23

2.3.6 非均匀电场引起的电漂移25

§2.4 带电粒子在随时间缓慢变化的均匀电磁场中的运动27

2.4.1 带电粒子在缓慢变化的磁场中的运动27

2.4.2 带电粒子在缓慢变化的电场中的极化漂移28

§2.5 缓慢运动不变量29

2.5.1 磁矩的不变性和磁镜效应30

2.5.2 纵向不变量31

2.5.3 磁通不变量34

§2.6 带电粒子在高频电磁波中的运动34

2.6.1 在弱电磁波中的颤抖运动35

2.6.2 电子在强激光场中的相对论运动35

2.6.3 初始条件的影响39

2.6.4 电子加速问题39

§2.7 弱非均匀恒定电磁场中回旋中心漂移运动的一般理论40

第三章 磁流体力学45

§3.1 流体力学46

3.1.1 描写流体运动的两种方法——拉格朗日方法和欧拉方法48

3.1.2 应力张量52

3.1.3 基本方程54

§3.2 磁流体力学方程组57

3.2.1 电磁场方程57

3.2.2 考虑电磁力的流体力学方程58

3.2.3 状态方程59

3.2.4 双成分的磁流体力学 广义欧姆定律60

§3.3 磁压力与磁张力64

§3.4 磁扩散与磁冻结65

3.4.1 磁感应方程65

3.4.2 磁扩散效应66

3.4.3 磁冻结效应68

§3.5 均匀定常磁场中的流体漂移70

3.5.1 抗磁性漂移70

3.5.2 玻耳兹曼关系73

3.5.3 等离子体近似74

§3.6 磁流体力学波74

3.6.2 磁声波77

3.6.1 阿尔芬波77

3.6.3 阿尔芬波和磁声波的直观物理图像79

第四章 等离子体中的波动现象81

§4.1 引言81

§4.2 等离子体双流体方程组83

§4.3 有关波动的几个基本概念84

4.3.1 波的表示法84

4.3.2 群速度86

4.3.3 波的偏振87

4.3.4 射线轨迹方程（几何光学近似）87

4.4.1 朗缪尔波90

§4.4 非磁化等离子体中的波90

4.4.2 离子声波94

4.4.3 电磁波97

§4.5 磁化等离子体中的静电波99

4.5.1 高混杂静电振荡和高混杂波100

4.5.2 静电离子波101

§4.6 磁化等离子体中的高频电磁波103

4.6.1 垂直于磁场传播的高频电磁波104

4.6.2 平行于磁场传播的高频电磁波107

§5.1 引言111

第五章 等离子体的平衡与稳定性111

5.2.1 基本方程113

§5.2 磁流体力学平衡113

5.2.2 磁面和磁通114

5.2.3 一维Grad-Shafranov平衡方程116

§5.3 双流不稳定性118

§5.4 能量原理120

§5.5 直线箍缩等离子体柱的不稳定性123

5.5.1 m≠0内交换模124

5.5.2 m=0内交换模127

5.6.1 重力瑞利-泰勒不稳定性129

§5.6 瑞利-泰勒不稳定性129

5.6.2 磁场对瑞利-泰勒不稳定性的影响131

§5.7 撕裂模不稳定性132

5.7.1 电阻MHD方程组和物理模型133

5.7.2 边界层方法和方程组的解136

第六章 等离子体中的碰撞与输运140

§6.1 等离子体中的二体碰撞140

6.1.1 二体碰撞140

6.1.2 二体碰撞过程中粒子动量和动能的传递141

6.1.3 偏转角的表达式143

6.1.4 散射截面145

§6.2 等离子体中的库仑碰撞、库仑对数147

6.2.1 等离子体中的库仑碰撞147

6.2.2 库仑对数148

6.2.3 电阻率149

§6.3 输运过程的经验定律150

6.3.1 扩散过程151

6.3.2 热传导过程152

6.3.3 粘滞过程152

6.4.1 迁移率与扩散系数153

§6.4 无磁场弱电离等离子体中的输运过程153

6.4.2 双极扩散154

§6.5 均匀恒定磁场中弱电离等离子体的输运过程156

§6.6 无磁场强电离等离子体中的输运过程159

§6.7 强电离等离子体中横越磁场的输运过程160

第七章 动理学理论简介163

§7.1 弗拉索夫方程163

7.1.1 粒子分布函数163

7.1.2 弗拉索夫方程166

7.2.1 电子等离子体波的动理学描述168

§7.2 电子等离子体波及其朗道阻尼168

7.2.2 弗拉索夫方法170

7.2.3 朗道阻尼170

§7.3 朗道阻尼的物理意义173

7.3.1 朗道阻尼的物理图像173

7.3.2 非捕获粒子的动能175

7.3.3 初始条件的影响177

§7.4 非磁化等离子体中静电波色散关系的一般形式178

§7.5 等离子体色散函数179

§7.6 离子声波及其朗道阻尼181

§8.1 引言183

第八章 等离子体中的非线性效应183

§8.2 等离子体鞘层184

8.2.1 等离子体鞘层184

8.2.2 玻姆鞘层和玻姆判据185

8.2.3 察尔德鞘层187

§8.3 离子声孤立子188

8.3.1 自然界中的孤立波188

8.3.2 非线性离子声波的KdV方程189

8.3.3 KdV方程的孤立子解190

8.4.1 自然界中的涡旋结构192

§8.4 静电漂移波涡旋192

8.4.2 Hasegawa-Mima方程193

8.4.3 静电漂移波涡旋194

§8.5 有质动力196

§8.6 等离子体中的参量过程198

8.6.1 参量过程198

8.6.2 等离子体中的参量激发过程198

第九章 等离子体应用202

§9.1 磁约束聚变202

§9.2 惯性约束聚变206

9.3.1 太阳分层结构212

§9.3 空间等离子体212

9.3.2 太阳风213

9.3.3 磁层216

9.3.4 磁尾218

9.3.5 地球辐射带和电离层219

§9.4 低温等离子体222

9.4.1 气体放电223

9.4.2 低温等离子体在国防和高技术中的应用228

参考书目231