1629373397-425d4de58b7aea127ffc7c337418ea8d (Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Francis F. Chen), страница 3

PDF-файл 1629373397-425d4de58b7aea127ffc7c337418ea8d (Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Francis F. Chen), страница 3 Введение в физику плазмы (109604): Книга - 5 семестр1629373397-425d4de58b7aea127ffc7c337418ea8d (Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Francis F. Chen) - PDF, страница 3 (109604) - СтудИз2021-08-19СтудИзба

Описание файла

PDF-файл из архива "Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion Francis F. Chen", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "введение в физику плазмы" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве РУДН. Не смотря на прямую связь этого архива с РУДН, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст 3 страницы из PDF

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Equations of Nonlinear Plasma Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.8.1The Korteweg–de Vries Equation . . . . . . . . . . . . . . . .8.8.2The Nonlinear Schr€odinger Equation . . . . . . . . . . . . . .Reconnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sheath Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2812822822842872872882912932952983013043073073123223243299Special Plasmas . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1Non-Neutral Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1.1Pure Electron Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1.2Experiments . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .9.2Solid, Ultra-Cold Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.3Pair-ion Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.4Dusty Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.4.1Dust Acoustic Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .9.4.2Dust Ion-acoustic Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.5Helicon Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.6Plasmas in Space . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .9.7Atmospheric-Pressure Plasmas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.7.1Dielectric Barrier Discharges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.7.2RF Pencil Discharges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33333333333433533733934234434634935035135210Plasma Applications . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.2 Fusion Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .10.2.1 Magnetic Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.3 Plasma Accelerators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.3.1 Free-Electron Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.4 Inertial Fusion . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.4.1 Glass Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.4.2 KrF Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3553553563563863923933933998.48.58.68.78.88.98.108.11xiiContents10.510.6Semiconductor Etching . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Spacecraft Propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.6.1 General Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.6.2 Types of Thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Plasmas in Everyday Life .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .399405405407411Erratum to: Introduction to Plasma Physics and ControlledFusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .E110.7Appendix A: Units, Constants and Formulas, Vector Relations . . . . .

. . 413Appendix B: Theory of Waves in a Cold Uniform Plasma . . . . . . . . . . . 417Appendix C: Sample Three-Hour Final Exam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Appendix D: Answers to Some Problems . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 429Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485The original version of this book was revised. An erratum to this book can be found at https://doi.org/10.1007/978-3-319-22309-4_11Chapter 1Introduction1.1Occurrence of Plasmas in NatureIt is now believed that the universe is made of 69 % dark energy, 27 % darkmatter, and 1 % normal matter. All that we can see in the sky is the part of normalmatter that is in the plasma state, emitting radiation. Plasma in physics, not to beconfused with blood plasma, is an “ionized” gas in which at least one of theelectrons in an atom has been stripped free, leaving a positively charged nucleus,called an ion.

Sometimes plasma is called the “fourth state of matter.” When asolid is heated, it becomes a liquid. Heating a liquid turns it into a gas. Uponfurther heating, the gas is ionized into a plasma. Since a plasma is made of ionsand electrons, which are charged, electric fields are rampant everywhere, andparticles “collide” not just when they bump into one another, but even at adistance where they can feel their electric fields.

Hydrodynamics, which describesthe flow of water through pipes, say, or the flow around boats in yacht races, or thebehavior of airplane wings, is already a complicated subject. Adding the electricfields of a plasma greatly expands the range of possible motions, especially in thepresence of magnetic fields.Plasma usually exists only in a vacuum.

Otherwise, air will cool the plasma sothat the ions and electrons will recombine into normal neutral atoms. In thelaboratory, we need to pump the air out of a vacuum chamber. In the vacuum ofspace, however, much of the gas is in the plasma state, and we can see it. Stellarinteriors and atmospheres, gaseous nebulas, and entire galaxies can be seen becausethey are in the plasma state. On earth, however, our atmosphere limits our experience with plasmas to a few examples: the flash of a lightning bolt, the soft glow ofthe Aurora Borealis, the light of a fluorescent tube, or the pixels of a plasma TV.

Welive in a small part of the universe where plasmas do not occur naturally; otherwise,we would not be alive.© Springer International Publishing Switzerland 2016F.F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion,DOI 10.1007/978-3-319-22309-4_1121 IntroductionThe reason for this can be seen from the Saha equation, which tells us the amountof ionization to be expected in a gas in thermal equilibrium:niT 3=2 Ui =KTe 2:4 1021ninnð1:1ÞHere ni and nn are, respectively, the density (number per m3) of ionized atoms andof neutral atoms, T is the gas temperature in K, K is Boltzmann’s constant, and Uiis the ionization energy of the gas—that is, the number of joules required to removethe outermost electron from an atom. (The mks or International System of units willbe used in this book.) For ordinary air at room temperature, we may takenn 3 1025 m3 (see Problem 1.1), T 300 K, and Ui ¼ 14.5 eV (for nitrogen),where 1 eV ¼ 1.6 1019 J.

The fractional ionization ni/(nn + ni) ni/nn predictedby Eq. (1.1) is ridiculously low:ni 10122nnAs the temperature is raised, the degree of ionization remains low until Ui is only afew times KT. Then ni/nn rises abruptly, and the gas is in a plasma state. Furtherincrease in temperature makes nn less than ni, and the plasma eventually becomes fullyionized.

This is the reason plasmas exist in astronomical bodies with temperatures ofmillions of degrees, but not on the earth. Life could not easily coexist with a plasma—at least, plasma of the type we are talking about. The natural occurrence of plasmas athigh temperatures is the reason for the designation “the fourth state of matter.”Although we do not intend to emphasize the Saha equation, we should point outits physical meaning. Atoms in a gas have a spread of thermal energies, and an atomis ionized when, by chance, it suffers a collision of high enough energy to knock outan electron. In a cold gas, such energetic collisions occur infrequently, since an atommust be accelerated to much higher than the average energy by a series of “favorable” collisions.

The exponential factor in Eq. (1.1) expresses the fact that thenumber of fast atoms falls exponentially with Ui /KT. Once an atom is ionized, itremains charged until it meets an electron; it then very likely recombines with theelectron to become neutral again. The recombination rate clearly depends on thedensity of electrons, which we can take as equal to ni. The equilibrium ion fraction,therefore, should decrease with ni; and this is the reason for the factor ni1 on theright-hand side of Eq. (1.1).

The plasma in the interstellar medium owes its existenceto the low value of ni (about 1 per cm3), and hence the low recombination rate.1.2Definition of PlasmaAny ionized gas cannot be called a plasma, of course; there is always some smalldegree of ionization in any gas. A useful definition is as follows:A plasma is a quasineutral gas of charged and neutral particles which exhibitscollective behavior.1.2 Definition of Plasma3Fig.

1.1 Illustrating the long range of electrostatic forces in a plasmaWe must now define “quasineutral” and “collective behavior.” The meaning ofquasineutrality will be made clear in Sect. 1.4. What is meant by “collectivebehavior” is as follows.Consider the forces acting on a molecule of, say, ordinary air. Since the moleculeis neutral, there is no net electromagnetic force on it, and the force of gravity isnegligible. The molecule moves undisturbed until it makes a collision with anothermolecule, and these collisions control the particle’s motion. A macroscopic forceapplied to a neutral gas, such as from a loudspeaker generating sound waves, istransmitted to the individual atoms by collisions.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5250
Авторов
на СтудИзбе
422
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее