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奧坤鑫:淺談等離子體的波動模式
2016.10.20
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  【真空等離子設備】等離子體中的波動模式非常復雜。既有橫波(波矢k與電場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,這是因為,等離子體中的帶電粒子可以和波的電磁場發生作用而影響波的傳播。如果有外加磁場,則波動、磁場的擾動和粒子的運動互相影響,就使得波的模式更加繁雜。
 
  例如,正負電荷的分離,會產生靜電場,其庫侖力是恢復力,由此產生了朗繆爾波;磁力線的彎曲,其張力是恢復力,由此產生了阿爾文波;等離子體中各種梯度,如密度梯度、溫度梯度等,會引起漂移運動,漂移可以和波的模式耦合,由此產生了漂移波。
 
  波可以粗分為冷等離子體波與熱等離子體波。【常壓等離子設備
 
  當粒子的熱速遠小于波速,以及回旋半徑(對磁化等離子體來說)遠小于波長時,這時是冷等離子體,其波動現象采用磁流體力學方法來研究。
 
  非磁化冷等離子體中的波有光波,波速比真空光速c大。對于磁化冷等離子體,它是各向異性的,介電常數成為張量。如同其他各向異性介質中會有兩支波一樣,磁
 
  化冷等離子體中也有兩支波:尋常波與非常波。
 
  當等離子體的折射率 n = 0時,波被截止而反射,當n → ∞ 時,波與共振粒子作用而被粒子吸收。例如,當波矢k與外磁場平行時,頻率為 w = wce的非常波會與繞磁場回旋的電子共振,w = wci的尋常波則會與回旋離子共振,wce 和 wci 分別是電子及離子的回旋頻率,此時,波的能量被吸收,形成回旋阻尼。
 
  對于熱等離子體,粒子的熱運動以及有限回旋半徑引進了一些新的模式和新的效應。【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特點是,由于多普勒效應等原因,頻率為 w =lwce ( l = 0,1,2,…)的非常波會與回旋電子共振, w =lwci ( l = 0,1,2,…)的尋常波會與回旋離子共振,形成切倫科夫阻尼及回旋阻尼。
 
  在非均勻等離子體中,除了會產生漂移波外,在一定條件下,不同模式的波可以互相轉化,例如非常波可轉化為尋常波或縱波。
 
  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,則不同模式的波既可互相轉化,也可互相激發,如橫波可以激發縱波。
 
  波動理論不僅研究色散關系,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

 
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