《核能和核电原理(等离子体物理基础部分)》ppt课件.ppt

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1、等离子体物理基础等离子体基本性质等离子体在自然界中的存在等离子体的定义温度的概念德拜屏蔽等离子体参量等离子体振荡等离子体判据等离子体描述方法单粒子轨道理论磁流体理论动理论等离子体中的波波的表示方法电子等离子体波离子波垂直于B的静电等离子体波等离子体基本性质等离子体在自然界中的存在沙哈电离方程：室温空气中的电离率：等离子体基本性质核聚变基本原理和研究历史等离子体的定义等离子体是带电粒子和中性粒子组成的表现出集体行为的一种准中性气体普通气体：碰撞支撑了粒子的运动等离子体：除碰撞外，电磁场支撑了粒子的运动。库仑力B的体积立体角等离子体基本性质温度的概念速度分布函数零阶矩：密度二阶

2、矩：能量三维情况下一阶矩：速度等离子体基本性质德拜屏蔽速率为，与探针表面法向成角度，在单位时间内打到探针表面的粒子数为：其中表示粒子速率为范围内的粒子密度。当粒子速率分布满足玻尔兹曼分布时，有：粒子通量等离子体基本性质德拜屏蔽电子：离子：rVei等离子体空间电位探针电位等离子体基本性质德拜屏蔽Poission’sequation:Presumption:ionelectronwhen等离子体基本性质德拜屏蔽3Ddimensionalsolution:if:IntheVacuum():等离子体基本性质等离子体参量等离子体基本性质等离子体振荡电子运动方程电子连续性方程泊松方程平

3、衡量+变化量等离子体振荡频率等离子体基本性质等离子体判据等离子体必须满足的三个条件：等离子体体积远大于德拜半径等离子体密度足够高带电粒子间相互作用频率比碰撞频率高等离子体基本性质等离子体物理学的应用等离子体密度：等离子体温度：气体放电受控热核聚变空间物理学现代天体物理学MHD能量变化和离子推进器固体等离子体气体激光等离子体描述方法单粒子轨道理论磁流体理论动理论等离子体描述方法单粒子轨道理论无场自由空间中的运动均匀稳定的E场和B场均匀磁场，无电场等离子体描述方法单粒子轨道理论均匀稳定的E场和B场均匀电磁场等离子体描述方法单粒子轨道理论等效的重力场离心力,重力,库仑力都可以等效

4、为重力场等离子体描述方法单粒子轨道理论洛仑兹力一个回旋周期内,前半周期和后半周期大小相同,方向相反,则有非均匀的磁场,B梯度漂移等离子体描述方法单粒子轨道理论非均匀的磁场,B曲率漂移假设粒子沿弯曲磁力线运动在随粒子运动的坐标系中看等离子体描述方法单粒子轨道理论真空中弯曲磁场必有梯度，磁约束位型总漂移为磁场梯度漂移和曲率漂移之和安培定律等离子体描述方法单粒子轨道理论非均匀的磁场,洛仑兹力在柱坐标下展开简单起见，仅考虑在轴上的粒子，其角向速度即为拉莫运动速度。拉莫运动沿磁力线运动变速运动高斯定理变速运动的力：方向为负Z方向等离子体描述方法单粒子轨道理论非均匀的磁场,磁镜，绝热不

5、变量磁矩受力方程能量守恒磁矩守恒等离子体描述方法磁流体理论等离子体描述方法麦克斯韦方程组真空中介质中等离子体描述方法流体运动方程单粒子的运动方程流体元的运动方程实验室坐标系下的流体元的运动方程求导的转换随体导数拉格朗日坐标系当地导数+迁移导数欧拉坐标系等离子体描述方法随体导数等离子体描述方法随机热运动粒子的运动分为整体运动和随机运动等离子体描述方法随机热运动增加的x方向的动量为：失去的-x方向的动量为：总动量变化为：考虑热压力后的运动方程等离子体描述方法随机热运动等离子体描述方法碰撞项连续性方程状态方程等温过程：绝热过程：为系统的自由度等离子体描述方法双磁流体方程等离子体描

6、述方法流体漂移垂直磁场漂移平行磁场漂移波尔兹曼关系电荷密度：质量密度：等离子体描述方法（单）磁流体方程质量流速：电流密度：压强：等离子体描述方法动理论状态量玻尔兹曼方程弗拉索夫方程等离子体描述方法状态量零阶矩：密度二阶矩：能量一阶矩：平均速度等离子体中的波波的表示方法相速度FromWikipedia群速度等离子体中的波等离子体振荡电子运动方程电子连续性方程泊松方程平衡量+变化量等离子体振荡频率与波矢无关等离子体中的波电子等离子体波等离子体中的波离子波离子声速声波声速等离子体中的波垂直于B0静电电子振荡垂直与平行:纵向和横向:静电波和电磁波:加入磁场后,各个量的相对关系的定义

7、当为纵波时，B1为0，为静电波等离子体中的波垂直于B0静电电子振荡