等离子体物理学基本概念
基础等离子体物理学
最简单的例子是由一种离子和电子组成的完全电离的，其整体为电中性的体 系。最初的等离子体物理研究也称为完全电离气体物理学。（一本 pioneer 的专著 Physics of fully ionized gases 的作者 L. Spitzer Jr ，Prof. of Princeton Uni.,由我 国等离子体和聚变研究的先驱 王承书先生和 金百顺先生译成中文）。因此，早 期人们将完全电中性作为界定等离子体的基本条件之一。现在，完全电中性对聚 变等离子体、空间等离子体、太阳等离子体等仍然是主要的物理特性之一（除很 小的边界区外），但对等离子体壳层(plasma sheath)，等离子体加速器、微波器件、 离子束环等重要物理体系，可以是非电中性的，因而内部电场对体系的性质起重 大影响（如引起等离子体转动）[一本经典专著： Introduction to the physics of non-neutral plasmas, 作者 D C Davidson 是 Physics of Plasmas 的主编]。等离子 体物理的研究范围也更广泛了。因为，已经不是由一种定义来界定研究范围，更 主要的，人们根据研究内容和研究方法的共同性或类似性来归纳学科范畴。“非 电中性等离子体”的意思就是这种物理系统是大量电子和离子组成的，但其整体 并没有达到电中性。但本质上，它仍然是等离子体物理的一个分支。
等离子体物理学的基础与应用
等离子体物理学的基础与应用等离子体物理学是物理学中研究等离子体性质、行为和应用的一个分支。
等离子体是第四态物质，是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的，它具有高度的激发性和导电性。
在自然界中，等离子体广泛存在于太阳、闪电、地球磁层等环境中，也存在于人造装置中，如聚变反应器、等离子体喷射器等。
本文将介绍等离子体物理学的基础知识和应用领域。
一、等离子体的基本性质等离子体是由离子和电子组成的，这些离子和电子以相对独立的方式运动。
等离子体具有以下基本性质：1.高度激发性：等离子体的粒子处于高度激发状态，能量非常丰富。
当它们发生碰撞或受到外部刺激时，会释放出巨大的能量。
2.导电性：等离子体能够导电，因为其带电粒子可以自由移动。
这是由于电子和离子之间的相对运动。
3.磁场响应性：等离子体具有对外磁场的高度响应性。
在磁场中，等离子体会受到磁场力的作用，并发生循环运动。
二、等离子体物理学的基础理论等离子体物理学基于一系列基础理论来解释和研究等离子体的行为。
以下是几个主要的基础理论：1.碰撞理论：碰撞理论用来描述等离子体内部粒子之间的相互作用。
它探讨了离子和电子之间的碰撞频率、能量交换以及散射过程。
2.磁流体力学(MHD)理论：MHD理论研究等离子体在强磁场中的行为。
它结合了磁场和等离子体的运动方程，用于研究等离子体的磁流体力学行为，如等离子体在磁约束中的稳定性和不稳定性等。
3.等离子体波动理论：等离子体波动理论研究等离子体内的波动现象。
它探讨了等离子体波动的起源、传播和相互作用，包括电磁波、声波、阻尼波等。
三、等离子体物理学的应用领域1.聚变能研究：等离子体物理学在聚变能研究中扮演着关键角色。
人类一直在努力实现可控核聚变，并利用聚变反应器产生清洁、高效的能源。
2.等离子体制造：等离子体物理学在半导体制造和表面处理中起着重要作用。
等离子体喷涂和等离子体刻蚀等技术被广泛应用于化学、电子、材料等行业。
3.等离子体医学：等离子体物理学在医学领域也有应用。
等离子体物理与聚变
等离子体物理与聚变等离子体物理与聚变是现代物理领域中备受关注的研究方向，它们在能源产生、天体物理和材料科学等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍等离子体物理的基本概念、特性和应用，并探讨聚变作为一种能源的未来发展前景。
一、等离子体物理的基本概念和特性1.1 等离子体的定义等离子体是由正离子、负离子和自由电子组成的高度电离的气体状态。
在等离子体中，正负离子的数目相等，整个体系呈电中性。
1.2 等离子体的特性等离子体具有高度电导性、高温度和高能量的特点。
这使得等离子体在自然界和实验室中都能发挥重要的作用。
1.3 等离子体的存在形态等离子体的存在形态包括自由等离子体、边界层等离子体和天体等离子体。
自由等离子体在宇宙空间和高温等离子体物理实验中非常常见。
二、等离子体物理的应用领域2.1 等离子体在天体物理中的应用等离子体在天体物理中发挥着重要的作用，如恒星的形成和演化过程中，等离子体的相互作用起到了至关重要的作用。
2.2 等离子体在材料科学中的应用等离子体在材料科学中被广泛应用于表面处理、材料改性和薄膜制备等方面。
等离子体处理可以提高材料的硬度和附着性，使得材料的性能得到有效提升。
2.3 等离子体在能源产生中的应用等离子体在能源产生中具有巨大的潜力。
聚变作为一种理论上可实现的高效能源产生方式，依赖于等离子体的控制和稳定。
三、聚变作为一种未来能源的发展前景3.1 聚变的基本概念聚变是指将轻元素的原子核融合成重元素的过程。
聚变反应释放出的能量巨大，远远超过化学反应和核裂变反应。
3.2 聚变作为清洁能源的优势与传统的能源产生方式相比，聚变作为一种清洁能源具有很多优势，如燃料来源广泛、无排放及低放射性等。
3.3 当前聚变研究的挑战和进展尽管聚变作为一种理论上可行的能源方案，但目前仍存在许多挑战。
科学家们正在努力解决等离子体的稳定性和高温等问题，并取得了一些重要的进展。
3.4 未来聚变的发展前景聚变作为一种未来能源的发展前景仍然广阔。
第2章等离子体基本概念
几种平均碰撞时间的数量级：
ee :ii :ie 1: mi / me : mi / me
平均碰撞频率
ee :ii :ie mi / me : mi / me :1
库仑相互作用短程部分所造成的碰撞过程的时间 尺度与库仑相互作用长程部分所造成集体运动的 等离子体振荡周期相比较：
2.2 等离子体的基本性质与定义
1. 电荷屏蔽现象与等离子体准电中性 电荷屏蔽现象： 等离子体是由大量带电粒子组成的多粒子体
系。 与中性气体根本区别:两个带电粒子之间是 长程的库仑作用，由于周围大量带电粒子 的存在，会出现电荷屏蔽现象，这是等离 子体的重要特征之一。
在等离子体中考察任一个带 电粒子，由于它的静电场作 用，在其附近会吸引异号电 荷的粒子、同时排斥同号电 荷的粒子，从而在其周围会 出现净的异号“电荷云”， 这样就削弱了这个带电粒子 对远处其他带电粒子的作用， 这就是电荷屏蔽现象。因此 在等离子体中，一个带电粒 子对较远处的另一个带电粒 子的作用，就不再是库仑势，
ee / pe 1
pe 1/ pe
等离子体中的碰撞过程比等离子体集体振荡过程 慢得多。说明等离子体的特性是以集体效应为主。 实际上，在短程碰撞引起等离子体性质改变的时 间尺度内，就能出现各种等离子体集体现象(如等 离子体波、不稳定性等)，因而在多数场合，这种 短程碰撞影响都可忽略。
等离子体定义（统一的 ）
电子等离子体振荡 因为这种振荡是1920 年朗缪尔(Langmuir) 发现的，所以又称朗 缪尔振荡．
电子等离子体振荡频率
离子当成均匀分布的正电荷背景，振荡是电子受
等离子体物理基础
等离子体物理基础引言等离子体是一种由电子和离子组成的高度电离的气体态物质。
它在自然界中广泛存在，如太阳、闪电等，也可人工产生，如等离子体显示器、核聚变等。
本文将介绍等离子体的基本概念、性质和应用。
一、等离子体的基本概念等离子体是由气体在高温或高能量激发下电离而形成的。
在等离子体中，气体原子或分子中的电子被剥离，形成自由电子和正离子，从而使等离子体具有整体的电中性。
等离子体的电磁性质和输运性质与普通气体有很大的差异，因为等离子体中电子和离子的行为受到电磁场的影响。
二、等离子体的性质1. 电导性：等离子体具有良好的电导性，因为自由电子和正离子的存在使得电荷能够在等离子体中自由传导。
这也是等离子体广泛应用于电子器件和电磁场控制的原因之一。
2. 等离子体的辐射：等离子体在高能量激发下会释放能量并辐射出光线。
这种辐射现象被广泛应用于等离子体显示器、激光器等领域。
3. 等离子体的热力学性质：由于等离子体的高度电离特性，其热力学性质与普通气体有所不同。
等离子体的温度定义也与普通气体不同，常用电子温度和离子温度来描述等离子体的热力学状态。
三、等离子体的应用1. 等离子体显示器：等离子体显示器利用等离子体在电场作用下发射出的光来显示图像。
由于等离子体显示器具有高亮度和快速响应的特点，被广泛应用于电视、电子游戏等领域。
2. 核聚变：等离子体在高温和高压条件下能够实现核聚变反应，这是太阳和恒星等天体能源的来源。
人们通过研究等离子体物理，试图在地球上实现核聚变技术，以解决能源危机问题。
3. 等离子体医学应用：等离子体在医学领域也有广泛应用，如等离子体刀用于手术切割和止血，等离子体杀菌用于消毒和灭菌等。
结论等离子体物理是一个复杂而有趣的研究领域，涉及到物质的高度电离状态和与电磁场的相互作用。
等离子体在许多领域都有重要的应用，包括电子器件、能源研究和医学领域。
深入研究等离子体物理，对于推动科学技术的发展和解决实际问题具有重要意义。
等离子体物理学的基础理论
等离子体物理学的基础理论等离子体物理学是研究等离子体（plasma）的性质和行为的学科，它是物质的第四态，与固体、液体和气体不同。
等离子体是由带正电的离子和带负电的电子组成的，处于电磁场中被激发并具有自由电荷和磁场行为。
等离子体物理学的研究既有基础理论，也涉及实验和应用。
本文将重点探讨等离子体物理学的基础理论。
在等离子体物理学中，基础理论主要包括冷等离子体（cold plasma）理论和热等离子体（hot plasma）理论。
冷等离子体理论适用于低温和低密度的等离子体，而热等离子体理论适用于高温和高密度的等离子体。
在冷等离子体理论中，最基本的概念是等离子体的Debye长度和Debye屏蔽。
Debye长度是描述等离子体中电子和离子相互作用范围的物理量，而Debye屏蔽是指等离子体中电荷之间的相互作用被周围的电子和离子屏蔽的现象。
热等离子体理论中，最基本的概念是等离子体的等离子体频率和等离子体束缚频率。
等离子体频率是指等离子体中的电子在电磁场中振荡的频率，而束缚频率是指等离子体中的离子在电磁场中束缚和振荡的频率。
等离子体物理学的基础理论还包括等离子体的平衡状态和非平衡态的描述。
平衡态下，等离子体的性质可以由麦克斯韦方程组和波动方程来描述。
非平衡态下，等离子体存在非热粒子尾部，需要引入玻尔兹曼方程和输运方程来描述。
等离子体物理学的基础理论还涉及电磁波在等离子体中的传播和耗散。
等离子体中存在很多种类的电磁波，如电磁波、等离子体波和浸泡波等。
这些波的传播和耗散特性对等离子体的性质和行为有着重要影响。
除了上述基础理论外，等离子体物理学还涉及等离子体的稳定性和不稳定性的研究。
等离子体在不同条件下会出现各种各样的不稳定现象，如Rayleigh-Taylor不稳定、Kelvin-Helmholtz不稳定和本德不稳定等。
这些不稳定性的研究对于等离子体物理学及其应用具有重要意义。
综上所述，等离子体物理学的基础理论涵盖了冷等离子体和热等离子体的理论、等离子体的Debye长度和Debye屏蔽、等离子体的等离子体频率和束缚频率、等离子体的平衡态和非平衡态的描述、电磁波在等离子体中的传播和耗散、以及等离子体的稳定性和不稳定性。
等离子体流体力学的基本概念等离子体物理学和热核聚变等研究
等离子体流体力学的基本概念等离子体物理学和热核聚变等研究等离子体是物质的第四态，是指在高温或高能量激发下，原子的电子从原子核中解离出来，形成带正电的离子和自由电子的高度电离气体。
等离子体在宇宙中广泛存在，如恒星核心、星际空间和地球的电离层等。
研究等离子体的物理性质以及其在热核聚变等领域的应用对于理解宇宙的起源和发展以及未来的能源问题具有重要意义。
本文将介绍等离子体流体力学的基本概念，并探讨等离子体物理学和热核聚变等领域的研究进展。
一、等离子体流体力学的基本概念等离子体流体力学是研究等离子体的运动和相互作用的物理学分支。
等离子体流体力学基于流体力学的基本理论，但由于等离子体具有电磁性质和粒子统计行为，因此在等离子体流体力学中引入了电磁力学和统计力学的概念和方法。
等离子体流体力学的主要目标是描述等离子体的运动、传输和相互作用，以及在等离子体中产生的诸多物理现象，如磁约束和等离子体的稳定性等。
二、等离子体物理学等离子体物理学是研究等离子体的物理性质和行为的学科。
等离子体物理学主要包括等离子体的产生与诊断、等离子体的宏观行为和动力学以及等离子体与电磁场的相互作用等内容。
等离子体物理学的研究方法主要包括实验观测和理论模拟两种。
通过实验观测，科学家可以获取等离子体的基本参数和性质，如等离子体的温度、密度、电子能谱等；而通过理论模拟，科学家可以从宏观和微观的角度解释等离子体的形成和演化过程，揭示等离子体中的物理机制和规律。
三、热核聚变热核聚变是一种核反应过程，也是太阳和恒星的能量来源。
热核聚变的基本原理是将轻元素（如氢和氘）的原子核融合成较重元素（如氦），并释放出巨大能量。
在地球上实现热核聚变需要高温和高密度的等离子体环境，因此等离子体物理学和热核聚变的研究紧密相关。
当前最有希望实现热核聚变的方法是通过磁约束聚变实验，其中等离子体被磁场约束在空间中，并通过外部能量加热以达到聚变所需的温度。
四、研究进展在等离子体流体力学和物理学的研究领域，科学家们取得了许多重要的进展。
等离子体物理
等离子体物理等离子体物理是研究等离子体性质及其在自然界和人工应用中的现象和行为的科学学科。
等离子体是相对于气体、液体和固体而言的第四种物态，是由自由电子和正离子组成的带电的气体。
等离子体在自然界中广泛存在，如太阳、恒星、闪电、极光等都是等离子体现象。
等离子体的物理特性使其在科学研究和技术应用中具有重要的地位。
本文将介绍等离子体的基本概念、性质和应用。
首先，让我们了解一下等离子体的基本概念。
等离子体是由电子和离子组成的带电气体，电子和离子是通过准粒子相互作用而形成的。
在等离子体中，电子和离子之间通过库仑力相互吸引，并以一定的能量进行碰撞。
由于电子的质量比离子小得多，所以电子在电场中的运动速度远远超过了离子。
这就导致了等离子体中的电荷分离现象，即正离子和负电子在电场的作用下分别向相反方向运动。
这种带电粒子的运动形成了等离子体的电流和电场，这也是等离子体与普通气体之间最本质的差别。
等离子体的性质在很大程度上受到温度和密度的影响。
由于等离子体的带电粒子具有较高的能量，因此等离子体通常具有较高的温度。
在太阳等热源中，温度甚至可达到数百万度。
此外，等离子体的密度也较普通气体大，几乎与固体相当。
这使得等离子体具有良好的导电性和较强的辐射性。
接下来，让我们来看看等离子体在自然界中的一些现象和行为。
太阳是一个巨大的等离子体球，太阳的核心处存在着高温高密度的等离子体，这是太阳能源的产生和释放的地方。
在太阳表面，可见到太阳耀斑和太阳风等等等离子体现象。
太阳耀斑是太阳表面的一种爆发现象，释放出巨大的能量，引起太空天气的变化。
太阳风是太阳大气层的一种喷流，由太阳等离子体和磁场共同产生。
这些现象的研究不仅有助于了解太阳的起源和演化，也对地球的气候和通信系统等产生重要影响。
除了太阳，地球的磁场也与等离子体有着密切的联系。
地球磁场中存在着范艾伊曼层，这是由太阳风与地球大气层的等离子体相互作用形成的。
范艾伊曼层对太阳风的入射和地球上空的无线电通信起到了屏蔽和反射的作用。
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二、德拜屏蔽的概念
电磁学：金属 良导体 良导体)对外加电场的屏蔽作用 电磁学：金属(良导体 对外加电场的屏蔽作用
导体 存在大量的可自由移动的电荷 存在大量的可自由移动的电荷 大量
导体的静电平衡条件：内部电场为零、 导体的静电平衡条件：内部电场为零、表面电场与导体表面垂直
E0
－ － － －
e e
＋ ＋ ＋ ＋
德拜屏蔽是两个过程竞争的结果: 德拜屏蔽是两个过程竞争的结果 反抗约束) 屏蔽与准中性 约束与逃逸 (反抗约束 反抗约束 由自由能与相互作用能平衡决定! 由自由能与相互作用能平衡决定
德拜屏蔽概念的4个要点： 德拜屏蔽概念的4个要点： 个要点 1、屏蔽与准中性条件： 、屏蔽与准中性条件： 将带电粒子的电势局限在德拜球范围内。 将带电粒子的电势局限在德拜球范围内。 德拜球以内，准中性条件不满足、等离子体概念不成立； 德拜球以内，准中性条件不满足、等离子体概念不成立； 只有在大于德拜半径的尺度上，准中性条件才满足， 只有在大于德拜半径的尺度上，准中性条件才满足，即德拜 半径是等离子体偏离电中性的最大尺度 等离子体
在相空间体积元dV之中的粒子数密度 之中的粒子数密度； 速度分布函数代表 在相空间体积元 之中的粒子数密度；
3、温度T 、温度 对于满足Maxwell速度分布函数 已经归一化 速度分布函数(已经归一化 对于满足 速度分布函数 已经归一化) 的粒子： 的粒子：
统计力学： 粒子的平均动能与温度的定义 (统计力学：分子热运动的一种度量 统计力学 分子热运动的一种度量)
3、等离子体响应时间： 、等离子体响应时间： 静态等离子体的德拜长度， 静态等离子体的德拜长度，主要取决于低温成分的德 拜长度。在较快的过程中，离子不能响应其变化， 拜长度。在较快的过程中，离子不能响应其变化，在 鞘层内不能随时达到热平衡的玻尔兹曼分布， 鞘层内不能随时达到热平衡的玻尔兹曼分布，只起到 常数本底作用， 常数本底作用，此时等离子体的德拜长度只由电子成 份决定。 份决定。 等离子体的响应时间： 等离子体的响应时间： 1)、建立德拜屏蔽所需要的时间 、 2)、等离子体对外加电荷扰动的响应时间 、 3)、电子以平均的热速度跨越鞘层空间所 、 需时间
=
k
势场中的热平衡气体满足
ε0
=
ε0
( ne ∑ ni Z i )
i
k
该分布的意义： 该分布的意义： (1) 远离 处的数密度等于未扰数值 远离q处的数密度等于未扰数值 (2) 电势为正时，电子数密度增加，即电子将被捕获，离子被排空 电势为正时，电子数密度增加，即电子将被捕获，
求得德拜半径解析解的办法：泰勒展开， 求得德拜半径解析解的办法：泰勒展开，只保留一阶小量 不考虑接近于电极处电势较大的区域， 不考虑接近于电极处电势较大的区域，在稍远处电势满足
消除流行的错误的温度概念: 消除流行的错误的温度概念 荧光灯管内的电子温度为20,000K 荧光灯管内的电子温度为 日冕气体温度高达百万度,却烧不开一杯水 日冕气体温度高达百万度 却烧不开一杯水 除温度之外,还必须考虑热容量 除温度之外 还必须考虑热容量 E ~ n kB T 温度 V.S. 能量密度
概念成立的判据之一： 概念成立的判据之一： t 判据之一
τ pe
L λD
课堂思考： 课堂思考等离子体重要特征和参量 §1.2 ： §1.2.1 德拜屏蔽和等离子体空间尺度 Q1：在没有异号电 ： 等离子体判据 荷的非经典等离子 体中， 体中，是否存在类 似的德拜屏蔽效应？ 似的德拜屏蔽效应？
Q2：电子和离子同 ： 时可实现屏蔽， 时可实现屏蔽，分析 哪种更加有效？ 哪种更加有效？
λD , λDe , λDi ，则
λDi ,e = (
ε 0 kTi ,e
n0 e 2
2 )1/ 2 , λD = (λDi2 + λDe ) 1/ 2
德拜势的求解过程： 德拜势的求解过程： 球对称电荷分布，即一维情形，可大大简化泊松方程： 球对称电荷分布，即一维情形，可大大简化泊松方程： ，作代换 ( r ) = u ( r ) / r 最终求得德拜势 (the Debye potential)： 课堂练习 ： r q (r ) = 0 exp( ), 0 = λD 4πε 0 r
德拜长度(半径 、 德拜长度 半径)、德拜势的推导及其物理意义 半径 点电荷q的静电势 的静电势： 点电荷 的静电势： q
(r ) =
4π ε 0 r
吸引异号电荷、 将该电荷置于等离子体中 吸引异号电荷、排斥同号电荷 在一定空间范围内,等离子体中出现正负电荷数目不等 等离子体中出现正负电荷数目不等， 在一定空间范围内 等离子体中出现正负电荷数目不等， 等离子体的屏蔽作用。 异号电荷出现过剩 削弱上述静电场 等离子体的屏蔽作用。 根据泊松方程： 根据泊松方程： ρ (r ) e 2
Introduction to Plasma Physics 等离子体物理学导论 第3 讲 主讲: 主讲: 陈 耀
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上讲小结： 上讲小结： 1.2 Saha方程 方程 1.3 发展简史、受控核聚变与空间物理学简谈等
本节简介： 本节简介： 1.4 等离子体物理学基本概念： 等离子体物理学基本概念： 基本参量、德拜屏蔽与等离子体振荡 基本参量、德拜屏蔽与等离子体振荡
E外场0 = E感应电荷
等离子体： 等离子体：对任何在等离子体中建立电场的企图都会 受到等离子体(中 自由”带电粒子)的阻止 的阻止， 受到等离子体 中“自由”带电粒子 的阻止，这就是 等离子体的德拜屏蔽效应. 等离子体的德拜屏蔽效应
shielding： 德拜 ,e = (
ε 0 kTi ,e
n0 e
2
) , λD = (λ + λ )
1/ 2 2 Di
2 1/ 2 De
提示： 提示： A1：是的，排空同号电荷，调整粒子密度 ：是的，排空同号电荷， A2: 低温成份 稳态过程 、 低温成份(稳态过程 稳态过程)、 由电子德拜长度决定(短时间尺度运动过程 由电子德拜长度决定 短时间尺度运动过程) 短时间尺度运动过程
＋
－
在等离子体中引入电场，经过一定的时间…….. 在等离子体中引入电场，经过一定的时间……..
shielding： 德拜屏蔽 Debye shielding：物理图像
＋
－
屏蔽层(德拜球)厚度：德拜长度 或德拜半径λD
在等离子体中引入电场，经过一定的时间， 在等离子体中引入电场，经过一定的时间，等离子体中的电 离子将移动，屏蔽电场——德拜屏蔽 子、离子将移动，屏蔽电场 德拜屏蔽
2、德拜长度是等离子体系统的基本长度单位，可以 、德拜长度是等离子体系统的基本长度单位， 粗略的认为，等离子体由很多德拜球组成。 粗略的认为，等离子体由很多德拜球组成。 在德拜球内，粒子之间清晰地感受到彼此的存在， 在德拜球内，粒子之间清晰地感受到彼此的存在，存 在着以库仑碰撞为特征的两体相互作用； 在着以库仑碰撞为特征的两体相互作用；在德拜长度 由于其它粒子的干扰和屏蔽， 外，由于其它粒子的干扰和屏蔽，直接的粒子两体之 间相互作用消失， 间相互作用消失，带之而来的由许多粒子共同参与的 集体相互作用。 集体相互作用。 在等离子体中，带电粒子之间的长程库仑相互作用， 在等离子体中，带电粒子之间的长程库仑相互作用， 可以分解成两个不同的部分， 可以分解成两个不同的部分，其一是德拜长度以内的 以两体为主的相互作用， 以两体为主的相互作用，其二是德拜长度以外的集体 相互作用， 相互作用，等离子体作为新的物态的最重要的原因来 源于等离子体的集体相互作用性质。 源于等离子体的集体相互作用性质。
d =n
1/ 3
4π ε 0 d
根据理想气体成立的条件，指出是否可把 根据理想气体成立的条件， 等离子体处理成理想气体
德拜屏蔽概念的几个要点： 德拜屏蔽概念的几个要点： 1、电屏蔽、维持准中性 、电屏蔽、 2、基本尺度：空间尺度 、基本尺度： 3、响应时间：时间尺度 、响应时间： 4、统计意义：等离子体参数 、统计意义：
λDi,e = (
德拜电势示意图
ε0kTi,e
n0e2
2 )1/ 2 , λD = (λDi2 + λDe )1/ 2
德拜屏蔽是两个过程竞争的结果: 德拜屏蔽是两个过程竞争的结果 1. 捕获与约束 逃逸与屏蔽 (反抗约束 反抗约束) 反抗约束 由自由能与捕获能平衡决定! 由自由能与捕获能平衡决定 德拜长度: 1、随数密度增加而减小，即更 德拜长度 、随数密度增加而减小， 小范围内便可获得足够多的屏蔽用的粒子 2、随温度升高而增大：温度代表粒子 、随温度升高而增大： 自由能， 自由能，零温度则屏蔽电子缩为薄壳
4、德拜屏蔽是一个统计意义上的概念，表现在上述推导过程 、德拜屏蔽是一个统计意义上的概念， 中使用的热平衡分布特征， 中使用的热平衡分布特征，电势的连续性等 概念成立的前 提是： 提是： 德拜球内存在足够多的粒子 4π 3 这也是等离子体概念成立的另一个判据 Λ = n λD 1
3
该参数也被称为等离子体参数， 该参数也被称为等离子体参数，是等离子体粒子间平均动能 与平均相互作用势能之比的一个度量：（课堂练习） ：（课堂练习 与平均相互作用势能之比的一个度量：（课堂练习） 证明提示： 证明提示： 粒子平均间距 ，数密度 则粒子平均间距为 粒子平均间距d，数密度n, 则粒子平均间距为: 平均动能 kT, 平均相互作用势能 Z i Z j e 2
e << kTe, e << kTi
的区域，可将玻尔兹曼分布作泰勒展开，并取线性项， 的区域，可将玻尔兹曼分布作泰勒展开，并取线性项， 可得新的泊松方程： 可得新的泊松方程：
n0 e2 n0 e 2 2 =( + ) = 2 ε 0 kTi ε 0 kTe λD
分别定义等离子体、 分别定义等离子体、电子和离子的德拜长度