等离子体物理（等离子体物理学是什么）

　　例如，受控核聚变等离子体的研究是通过一代又一代的实验装置产生具有特定性能的等离子体，并逐渐提高其温度和约束。粒子轨道理论是将等离子体视为由大量独立的带电粒子组成的集体，只讨论单个粒子在外部电磁场中的运动特性，忽略粒子之间的相互作用，即类似地粒子的运动方程。

　　等离子体物理是什么？

　　等离子体物理是研究等离子体形成及其各种性质和运动规律的学科。其应用前景目前集中在轻核聚变，即利用磁约束等离子体进行持续的核聚变反应。

　　等离子体物理是研究等离子体形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙中的大质大多处于等离子体状态。例如，太阳中心的温度超过1000万度，太阳中的大部分物质处于等离子体状态。地球高空的电离层也处于等离子体状态

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　　等离子体物理学是什么？

　　等离子体物理是研究等离子体形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙中的大质大多处于等离子体状态。例如，太阳中心的温度超过1000万度，太阳中的大部分物质处于等离子体状态。地球高空的电离层也处于等离子体状态。自20世纪初以来，对气体放电和高空电离层的研究促进了等离子体的研究。自20世纪50年代以来，为了利用轻核聚变反应解决能源问题，促进等离子体物理研究的蓬勃发展。

　　等离子体物理的研究方法

　　等离子体物理已经发展成为物理丰富的新兴分支。由于等离子体种类繁多，现象复杂，应用广泛，这种物质状态的研究正方兴未艾，从实验、理论、数值计算三个方面相互结合，发展到深度和广度。

　　(1)等离子体的实验研究具有以下特点。

　　对于天然等离子体，即天体、空间和地球大气中的等离子体，人们不能主动调整实验条件或控制地面实验室中的一般方法，而只能通过光学、射电等各种日益增多的天文和空间观测手段X射线、现代高空飞机和人造卫星──接收各种辐射(包括各种粒子)的空间实验室。根据大量的观测结果，在理解天体物理和空间物理的基础上，依靠建立的等离子体物理理论和现有的基本实验数据进行分析和综合，深入了解这些天然等离子体的现象、本质、结构、运动和进化规律。

　　要研究或使用各种人造等离子体，必须首先制造；要制造任何新的等离子体或扩展其性能参数，通常必须首先了解它。由此可见，人造等离子体只能边制造边研究，研究与制造循环相结合，逐步前进。例如，受控核聚变等离子体的研究是通过一代又一代的实验装置产生具有特定性能的等离子体，并逐渐提高其温度和约束。在现有等离子体实验的基础上，必须确定每一代设备的设计。特别是大型设备的建设必须基于各种测试和成熟的工程技术，辅以必要和及时开发的单一新技术，如强流电子束和离子束技术。装置完成后，实验的第一步是用各种仪器手段测量装置中产生的等离子体；测量数据应根据现有理论进行处理，得出具体形成过程和现象细节的定性和定量结果，这是等离子体诊断的内容。调整和控制实验条件也必须以测量和诊断结果为基础，然后连接现代信息和控制技术，形成闭环操作，促进实验研究。

　　实验结果应与参考条件对应的理论分析进行比较和验证，以确定实验和理论的前进方向。等离子体实验的因素复杂多变，难度大，精度低，理论描述远不完善；意想不到的结果经常出现在实验中，成为理论创新的先驱。

　　(2)理论描述包括近似方法和统计方法。

　　粒子轨道理论和磁流体力学都属于类似的方法。粒子轨道理论是将等离子体视为由大量独立的带电粒子组成的集体，只讨论单个粒子在外部电磁场中的运动特性，忽略粒子之间的相互作用，即类似地粒子的运动方程。该理论仅适用于研究稀薄等离子体。在一定条件下，通过确定每个粒子轨道，也可以适当描述等离子体的运动，也可以提供一集等离子体的某些性质。然而，由于密度等离子体具有很强的集体效应，粒子间耦合非常紧密，这一理论非常有限。

　　磁流体力学不讨论单个粒子的运动，而是将等离子体作为导电的连续媒体，在流体力学方程中到流体力学方程中，然后与麦克斯韦方程组连接，形成等离子体的宏观理论。它适用于研究密度等离子体的宏观性质，如平衡和宏观稳定性，以及冷等离子体的波动。然而，由于它不考虑粒子的速度空间分布函数，它不能揭示一系列细致和重要的性质，如波粒相互作用和微观不稳定性。

　　等离子体是一等离子体是一种含有大量带电粒子的多粒子系统，因此严格的处理方法是统计方法，即随时间进化粒子分布函数。这一理论是等离子体动力理论，又称等离子体微观理论。符拉索夫方程用于研究波动和微观不稳定性。对于放松过程和运输问题，和动力理论-

　　普朗克方程。

　　微观理论可以从宏观理论中获得很多知识。例如，在波动问题上，只有动力论才能导出朗道阻尼。至于微观不稳定性，主要讨论速度空间偏差平衡引起的不稳定性，宏观理论无法研究。磁流体力学的连续方程、动量方程和能量方程可以从动力论方程中导出。

　　(3)在现有的数值计算理论描述中，磁流体力学、符拉索夫方程、福克-

　　普朗克方程是非线性偏微方程，包含大量参数。为了找出分析，物理模型往往过于简化，无法准确、全面地包含各种效果。因此，数值计算在等离子体研究中起着越来越重要的作用。此外，自20世纪70年代以来，由于高温等离子体的实验和诊断困难，开发了一种数值实验方法。用大量粒子模拟等离子体在大容量计算机上的运动，研究其宏观和微观不稳定性。这已成为一种有力的研究方法。