URSS.ru Магазин научной книги
Обложка Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков Обложка Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков
Id: 296617
759 р.

Физика плазмы для физиков Изд. стереотип.

URSS. 2023. 320 с. ISBN 978-5-9519-3742-1.
Типографская бумага

Аннотация

В книге дано изложение физики плазмы как раздела современной физики в расчете на широкую физическую аудиторию, имеющую дело с плазменными явлениями вне собственно физики плазмы. В этой связи систематически прослеживаются плазменные аналогии в физике сплошной среды, физике твердого тела и полупроводников, геофизике, астрофизике и т.д.

Специалисты по физике плазмы могут почерпнуть из книги информацию о распространении идей... (Подробнее)


Оглавление
top
Предисловие к первому изданию3
1. ПЛАЗМА БЕЗ МАГНИТНОГО ПОЛЯ6
§ 1.1. Общие сведения о плазме6
§ 1.2. Плазменные колебания10
§ 1.3. Классификация видов плазмы15
§ 1.4. Столкновения частиц в плазме20
§ 1.5. Явления переноса в плазме27
§ 1.6. Плазма в высокочастотном поле31
§ 1.7. Проникновение электромагнитной волны в плазму. Трансформация в плазменные колебания36
§ 1.8. Излучение плазмы43
§ 1.9. Кинетическое уравнение для плазмы53
§ 1.10. Гидродинамическое описание плазмы59
§ 1.11. Звук в плазме64
§ 1.12. Кинетическая теория волн в плазме69
§ 1.13. Кинетическая теория волн в плазме (ленгмюровские колебания)78
§ 1.14. Пучковая неустойчивость84
§ 1.15. Параметрическая неустойчивость91
§ 1.16. Резонансное взаимодействие волн и частиц (квазилинейная теория)99
§ 1.17. Резонансное взаимодействие волн и частиц (индуцированное рассеяние)109
§ 1.18. Нелинейное взаимодействие волн в слабой турбулентности114
§ 1.19. Модуляционная неустойчивость и коллапс ленгмюровских волн119
§ 1.20. Стационарные нелинейные волны125
2. ПЛАЗМА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ134
§2.1. Движение заряженных частиц в магнитном поле134
§ 2.2. Примеры движения частиц в магнитном поле142
§ 2.3. Адиабатические инварианты движения частиц в магнитном поле148
§ 2.4. Кинетическая теория плазмы в магнитном поле152
§ 2.5. Гидродинамика плазмы в магнитном поле156
§ 2.6. Колебания и волны в плазме с магнитным полем164
§ 2.7. Кинетическая теория волн в плазме177
§ 2.8. Взаимодействие волн с частицами плазмы в магнитном поле и квазилинейная диффузия187
§ 2.9. Равновесие плазмы в магнитном поле198
§ 2.10. Примеры равновесия плазмы в магнитном поле. Токамак202
§ 2.11. Устойчивость границы плазмы в магнитном поле212
§ 2.12. Желобковая неустойчивость плазмы и энергетический принцип устойчивости в магнитной гидродинамике218
§ 2.13. Стабилизация магнитогидродинамических неустойчивостей в термоядерных ловушках223
§ 2.14. Магнитогидродинамическая неустойчивость равновесия при конечной электропроводности231
§ 2.15. Неустойчивость тиринг-моды236
§ 2.16. «Дрейфовая» неустойчивость плазмы244
§ 2.17. Микронеустойчивость плазмы и аномальная диффузия254
§ 2.18. Энергетический баланс плазмы в токамаке258
§ 2.19. Аномальное сопротивление в плазме и образование двойных слоев273
§ 2.20. Бесстолкновительные ударные волны290
§ 2.21. Генерация и усиление магнитного поля303
Список литературы312
Алфавитно-предметный указатель313

Предисловие к первому изданию
top
История появления этой книги такова. Однажды в 1971 г. Лев Андреевич Арцимович пригласил меня для «очень серьезного», как он выразился, разговора. Он показал мне рукопись объемом страниц в 80 с условным названием «Что каждый физик должен знать о плазме». Несмотря на то что она была написана в присущем Л. А. Арцимовичу ярком стиле, густо насыщена плазменной физикой, автор не был ею вполне удовлетворен. Дело в том, что к этому времени он уже опубликовал две книги, в которых некоторые вопросы физики плазмы и управляемых термоядерных реакций излагались с точки зрения и языком физика-экспериментатора с привлечением лишь «минимума теоретических сведений, который нужен для общей ориентировки в физике высокотемпературной плазмы». Надо сказать, что у Льва Андреевича были совершенно четкие требования к теоретикам. Он считал, что теория плазмы должна иметь прикладной характер, и с изрядной долей иронии относился к абстрактно-теоретическим «наукообразным» работам. Лев Андреевич часто любил повторять, что плазму, как физический объект, можно полностью описать, исходя из простых «первых принципов» (законов механики и электромагнетизма), и что теоретики должны заниматься конкретными явлениями и эффектами, а не уточнением вывода исходных уравнений плазмы.

Во время той первой беседы о книге я получил предложение стать соавтором и ввести в книгу математический аппарат теории плазмы в доступной сравнительно широкой физической аудитории форме. Неизбежную при этом степень упрощения Л. А. Арцимович сравнил с обычно используемой теоретиками в выступлениях на семинарах перед экспериментаторами.

Для меня было большой честью получить приглашение участвовать в работе над подобной книгой как представителю теоретиков. Многие вопросы, которые должны были войти в эту книгу, в разное время докладывались мною на семинарах, которыми руководил сам Лев Андреевич. Я хорошо помню свое первое выступление на семинаре Л. А. Арцимовича в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова осенью 1956 г., посвященное теоретическому предсказанию так называемой «диамагнитной» («зеркальной») неустойчивости и связанной с ней в то время потенциальной опасности для термоядерных ловушек с магнитными пробками.

Примерно десять лет спустя на таком же семинаре докладывалась «неоклассическая теория переноса» в применении к токама-кам. Безошибочное критическое чутье, глубокая физическая интуиция и острота реакции, помноженные на редкую доброжелательность, превращали семинары Л. А. Артемовича в настоящую школу для молодых физиков.

Задача, которую авторы поставили перед собой при написании книги, заключалась в том, чтобы дать возможность физикам, работающим в областях, пусть даже далеких от физики горячей (высокотемпературной) плазмы, составить представление о последней, ее идеях и логике развития. Нам хотелось, насколько это возможно, использовать аналогии с методами, явлениями и процессами, относящимися к самым разным разделам физики. Мы много спорили, во многом сходились, но были и разногласия.

Так, например, были существенные расхождения в наших представлениях «табели о рангах»: «что есть что» в физике плазмы. Делая скидку на некоторую долю несерьезности, с которой физики относятся к подобным оценкам, я все же замечу, что одним из немногих, к счастью, расхождений в порядке расположения по значимости было, например, следующее. Я никак не мог согласиться (и не соглашаюсь сейчас) поставить эффект «плазменного фокуса» выше «бесстолкновительных ударных волн». Конфигурация с плазменным фокусом, на мой взгляд, хотя и интересна, но представляет собой одну из модификаций течения плазмы при линч-эффекте. Однако в основных концептуальных вопросах наши оценки сходились.

Основная мысль, которая, можно сказать, красной нитью проводит через книгу, что плазма — это не только газ частиц —электронов и ионов, но и газ квазичастиц — волн. Та легкость, с которой в плазме самопроизвольно могут возбуждаться колебания и волны, приводит к тому, что приходится предоставить «гражданские права» волнам как квазичастицам. Конечно, высокотемпературная плазма практически всегда является классическим объектом, и наши плазменные квазичастицы не совсем похожи на квазичастицы— коллективные возбуждения в конденсированных средах при низких температурах.

В начале 1973 г., когда Льва Андреевича не стало, рукопись этой книги была еще далека от завершения. В первые месяцы после смерти Льва Андреевича мне было трудно взяться одному за рукопись. Вскоре я был назначен директором института, появились административные заботы, отнюдь не способствующие ни научному, ни литературному труду. Изредка мне удавалось возвращаться к прерванной работе, но дело продвигалось вперед очень медленно. Однако несколько месяцев назад, когда все мы, друзья и ученики Льва Андреевича, начали готовиться к 70-летию со дня его рождения, решили провести мемориальный международный семинар, издать книгу воспоминаний о Льве Андреевиче, я обещал своим товарищам и самому себе закончить работу над старой рукописью к этой дате. Мне казалось, что живое слово Л. А. Артемовича, факсимиле последних страниц, написанных им за несколько недель до смерти, будут интересны читателям.

За шесть лет, прошедших после кончины Л. А. Арцимовича, в физике высокотемпературной плазмы, несмотря на заметные успехи, основные концепции 60—70-х годов не только сохранились, но и укрепились, получив дополнительные подтверждения и развитие благодаря новым теоретическим и экспериментальным работам. Большой шаг вперед был сделан в физике космической плазмы и в плазменной астрофизике, где в значительной степени используются идеи и представления, развитые в физике высокотемпературной плазмы. Это обстоятельство позволило ограничиться лишь минимальными изменениями в той части рукописи, которая была готова к 1973 г. Чтобы сохранить стиль Л. А. Арцимовича, в целом ряде новых разделов использованы фрагменты из его ранее опубликованных книг.

Поскольку этот труд не представляет собой исчерпывающую монографию, приводимый в нем список литературы является, конечно, неполным. Предлагается лишь перечень наиболее полезных, по моему мнению, книг и обзоров.

Для того чтобы устранить перекос в сторону теории, по понятным причинам появившийся в книге после смерти Л. А. Арцимовича, соавтор «разбросал» по книге серию экспериментальных графиков и результатов, иллюстрирующих развитие основных представлений физики плазмы. Возможно, читателю подбор этих экспериментальных иллюстраций покажется пристрастным, пусть тогда он сделает скидку на вкус физика-теоретика.

Чтобы завершить, работу над рукописью, мне пришлось в значительной степени отвлечься от привычных повседневных дел, посвятить книге отпуск и воспользоваться большой помощью со стороны коллег. Я хотел бы особо поблагодарить В. Д. Шапиро и В. И. Шевченко, самоотверженно разделивших со мной напряжение заключительного этапа работы над книгой. Думаю, что без их помощи этот труд так и не был бы окончен. Неоценимо было участие А. А. Галеева, с которым меня связывают тесные узы многолетней совместной работы. Я хотел бы также выразить признательность А. Б. Михайловскому за ряд полезных советов. Наконец, я хотел бы поблагодарить Атомиздат за настойчивость и большую помощь.

Декабрь, 1978 г.

Р. 3. САГДЕЕВ


Об авторах
top
photoАрцимович Лев Андреевич
Выдающийся советский физик, академик АН СССР. В 1928 г. окончил физико-математический факультет Белорусского университета. В 1932–1936 гг. — доцент Ленинградского государственного университета. С 1946 г. — профессор кафедры прикладной ядерной физики МИФИ. С 1951 г. — бессменный руководитель исследований по физике высокотемпературной плазмы и проблеме управляемого термоядерного синтеза. В 1953–1973 гг. — профессор, основатель кафедры атомной физики МГУ. Автор фундаментальных трудов по атомной и ядерной физике. Под его руководством впервые в СССР был разработан электромагнитный метод разделения изотопов и впервые в мире в лабораторных условиях осуществлена термоядерная реакция. Непосредственный участник советского атомного проекта. Руководил работой на термоядерных установках "Токамак", завершившейся получением физической термоядерной реакции. Лауреат Сталинской премии 1-й степени (1953), Ленинской премии (1958), Государственной премии СССР (1971).
Сагдеев Роальд Зиннурович
Крупнейший ученый-физик, ведущий специалист России в области физики плазмы, академик АН СССР и РАН. В 1955 г. окончил физический факультет Московского государственного университета. В 1956–1961 гг. работал в Институте атомной энергии, в 1961–1970 гг. — заведующий лабораторией Института ядерной физики Сибирского отделения АН СССР, в 1970–1973 гг. — Института физики высоких температур АН СССР. В 1973–1988 гг. — директор Института космических исследований АН СССР. Основные труды посвящены физике плазмы, проблеме управляемого термоядерного синтеза, магнитной гидродинамике, космической физике. Выполнил исследования по теории устойчивости плазмы, физике нелинейных колебаний и турбулентности плазмы, динамике плазмы. Осуществил важные исследования по теории магнитных ловушек "Токамак", в частности совместно с А. А. Галеевым развил неоклассическую теорию процессов теплопроводности и диффузии в "Токамаках". Иностранный член Национальной академии наук США (1987), Американской академии искусств и наук (1990) и других зарубежных академий наук. Лауреат Ленинской премии (1984).