Основы физики плазмы

Цели и задачи курса

Плазменное состояние вещества является наиболее распространенным во Вселенной. Его изучение позволяет установить физические закономерности формирования различных фазовых состояний вещества, свойств веществ в этих состояниях, а также решать вопросы многих приложений, использующих различные стороны явлений и процессов, связанных с плазмой. При построении курса решалась задача систематизации знаний о физических процессах и явлениях в плазмообразующих средах, изучения основных закономерностей, существующих моделей для описания плазмы и ее свойств, а также задача ознакомления с методами объективного исследования и технологиями их использования.

1. Плазма, как состояние вещества

Характеристики вещества в состоянии плазмы. Разновидности плазменных образований. Распространенность плазмы. Плазма как среда и материал для современных практических применений. Сопоставление свойств этого материала со свойствами других материалов, уникальные свойства плазмы.




2. Естественные и искусственные условия образования плазмы

Каналы преобразования энергии при генерации и релаксации плазмы. Общая энергия плазменных образований и вещества в состоянии плазмы. Относительная роль различных каналов в механизмах рождения, существования и распада плазмы. Роль характеристик силовых полей в кинетике и динамике плазмы. "Горячая" и "холодная" плазма.




3. Характеристики взаимодействия частиц в плазме

Особенности упругого, неупругого, кулоновского взаимодейстия. Электронно-атомные и электронно-молекулярные процессы. Фотопроцессы в плазме. Взаимодействие тяжелых частиц. Критерии значимости конкретных процессов в общем механизме взаимодействий в плазме.




4. Физические основы построения моделей плазмы как среды с разнообразными физико-химическими свойствами

Кинетическая модель плазмы и модель плазмы как сплошной среды. Области применимости моделей. Роль пространственно-временных распределений состава, плотности и энергии в плазме как факторов, предопределяющих выбор модели для описания свойств плазмы. Модельные приближения к реальной плазме.




5. Электрофизические свойства плазмы в различных модельных
представлениях

Проводимость и сопротивление участка плазмы, коэффициенты диффузии и подвижности заряженных частиц. Тензоры коэффициентов переноса, характеризующие электрофизические свойства плазмы.




6. Теплофизические свойства плазмы в различных модельных
представлениях

Теплопроводность, термодиффузия. Вклад внутренней энергии частиц плазмы на коэффициентов переноса. Тензоры коэффициентов переноса. Особенности переноса в многокомпонентной среде.




7. Колебания и волны в плазме

Их описание в различных модельных представлениях. Магнитогидродинамические волны и магнитозвуковые волны. Плазменные волны и ионный звук. Диэлектрическая проницаемость плазмы. Дисперсионное уравнение. Анализ особенностей распространения колебаний и волн в плазме на базе дисперсионного уравнения. Альвфеновские волны, их роль в процессах переноса. Плазменные резонаторы и волноводы.




8. Оптическое излучение плазмы

Спектры возбуждения атомов, молекул, ионов и кластеров в плазме. Интенсивность спектральных линий в различных условиях пространственно-временных распределений энергетических потоков, состава компонентов и оптической плотности плазмы. Спонтанное и вынужденное излучение. Излучательные характеристики процессов торможения и рекомбинации заряженных частиц. Общие излучательные потери. Селекция излучательных потерь за счет внутренних и внешних факторов управления энергетикой, составом и плотностью компонентов плазмы.




9. Плазмохимия

Плазмохимические реакции и процессы, физика химически активной плазмы, баланс энергии и макрокинетика плазмохимических процессов, микрокинетика химически активной плазмы, возбужденные и заряженные частицы в неравновесной плазмохимии. Термодинамика плазмохимических процессов.




10. Космическая плазма - плазма звезд и газовых оболочек планет

Механизмы самоподдерживающейся плазмы в звездном веществе. Генерация излучения и вещества космической плазмой. Космическая плазма и проблемы жизни.




11. Современные проблемы физики плазмы

Плазма критических состояний, плазма газовых сред с дисперсной фазой, фазовые переходы в плазме, фазовые диаграммы в области фазовых переходов. Генерация эксимеров и других новых типов соединений в условиях плазмы.




12. Методы исследования и диагностики плазмы

Электрические (зондовые), СВЧ, оптические, корпускулярные методы. Области параметров доступные методикам. Критерии применимости. Новые знания как основа развития методического обеспечения методов исследования и диагностики плазмы.

Литература

1. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977.
2. Иванов А.А. Физика сильноионизованной плазмы. М.: Атомиздат, 1977.
3. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука, 1978.
4. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967.
5. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М.: Атомиздат, 1974.
6. Кинетические процессы в газах и плазме / Под ред. Хохштима. М.: Атомиздат, 1977.
7. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1964.
8. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1994.
9. Методы исследования плазмы / Под ред. Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1972.
10. Диагностика плазмы / Под ред. Хадлстоуна и Леонарда. М.: Мир, 1967.

Составил зав. КИИСиФЭ, профессор Хахаев А.Д.