《等離子體物理理論》是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等離子體物理專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，授課對象是已經(jīng)選修過《等離子體物理導(dǎo)論》的高年級本科生。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，《等離子體物理理論》的講授內(nèi)容自然應(yīng)該比《等離子體物理導(dǎo)論》更深一些，但畢竟是為本科生開設(shè)的課程，又不能過于專門化。等離子體物理是現(xiàn)代物理學(xué)中的一門交叉學(xué)科，它自身并沒有什么特別的基礎(chǔ)理論，它的基礎(chǔ)就是經(jīng)典力學(xué)、電動力學(xué)、流體力學(xué)、統(tǒng)計物理，以及動理論等物理學(xué)基本理論。等離子體存在的參數(shù)范圍非常寬廣，想要了解和掌握等離子體的性質(zhì)，就必須從各個不同的角度來研究等離子體的各種性質(zhì)，為此，需要靈活地運用物理學(xué)基礎(chǔ)理論并采用適當(dāng)?shù)姆椒▉硖幚砗徒鉀Q等離子體物理的各種問題。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中常常會遇到兩個困難：一是如何將所學(xué)到的基礎(chǔ)物理理論靈活地運用于等離子體物理學(xué);二是如何采用適當(dāng)?shù)慕品椒▉砗喕瘡?fù)雜問題，使之能夠解析處理，從而得到定量或定性的結(jié)果。基于這樣的看法，再結(jié)合自己對等離子體物理的體會，我從眾多的參考書中摘取了部分內(nèi)容，經(jīng)過多次講授，逐漸匯成了這本講義，供上課的同學(xué)參考。
講義涵蓋了等離子體的單粒子運動理論、等離子體的流體力學(xué)描述、等離子體的熱力學(xué)性質(zhì)以及等離子體的動理學(xué)理論等內(nèi)容。目前講義共分為十二章，其主要內(nèi)容如
下。
**章是緒論。我們首先介紹了等離子體的研究內(nèi)容和研究方法。受控聚變、空間物理和低溫等離子體應(yīng)用是當(dāng)前等離子體物理研究的熱門領(lǐng)域，而計算機技術(shù)的高速發(fā)展，使數(shù)值模擬成為等離子體物理研究的三大支柱之一。為方便同學(xué)們使用講義，我們在這一章還給出了一些等離子體物理方面的參考書目、矢量微積分、曲面微商、高斯單位制與國際單位制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系等內(nèi)容。
盡管等離子體存在的參數(shù)范圍極為寬廣，但刻畫等離子體基本性質(zhì)的參數(shù)卻不多，這些參數(shù)是描述和理解等離子體行為的出發(fā)點。在**章，我們介紹描述等離子體基本性質(zhì)的若干重要基本參數(shù)，并對等離子體進行分類。
當(dāng)?shù)入x子體充分稀薄時，在短時間尺度內(nèi)，我們可以忽略電荷之間的相互作用，僅考察單電荷在外場中的運動就可以得到高溫稀薄的若干重要基本性質(zhì)，這就是所謂的單粒子軌道理論。在第三章里，我們用了相當(dāng)大的篇幅回顧了拉格朗日力學(xué)和哈密頓力學(xué)在解決單粒子運動問題方面的應(yīng)用。這樣做的一個目的就是讓同學(xué)們重新溫習(xí)經(jīng)典力學(xué)。在接下來的第四章里，利用經(jīng)典電動力學(xué)的輻射理論，我們在電荷運動軌跡已知的前提下考察等離子體中的若干輻射現(xiàn)象，詳細計算了等離子體中的軔致輻射、磁化等離子體的回旋輻射以及電磁波在等離子體中的湯姆遜散射。
我們可以將等離子體中的粒子作無限分割，同時保持等離子體的能量密度、質(zhì)量密度不變，這樣等離子體可以視為連續(xù)流體。在第五章中，我們給出等離子體流體力學(xué)描述的方程組。在第六章中，我們用理想磁流體力學(xué)方程來研究等離子體的若干宏觀緩變性質(zhì)，主要是等離子體的磁流體力學(xué)平衡和穩(wěn)定性。
等離子體也是一種特殊的電磁介質(zhì)，當(dāng)然必須滿足電磁介質(zhì)的一般性質(zhì)。在第七章里，作為討論等離子體波的基礎(chǔ)，我們討論了電磁介質(zhì)的一般性質(zhì)，主要討論了描述介質(zhì)電磁響應(yīng)的介電函數(shù)的一般性質(zhì)，這些性質(zhì)是等離子體必須滿足的。在第八章，我們在流體理論的框架內(nèi)在討論等離子體中的線性波。
等離子體中的非線性波動現(xiàn)象在等離子體物理學(xué)中占有重要地位。在第九章中，我們在流體理論的框架內(nèi)討論了等離子體中若干種非線性現(xiàn)象，主要有非線性朗謬爾振蕩及波破、相對論性電磁波，以及離子聲孤立波，等。
電磁波與等離子體相互作用是激光聚變研究中的重要研究課題。第十章中，我們對電磁波在等離子體中的傳播、參量不穩(wěn)定性，以及尾波場的產(chǎn)生等問題進行了簡要的討論。
等離子體是帶電粒子組成的多粒子系統(tǒng)，其熱力學(xué)性質(zhì)曾經(jīng)是統(tǒng)計力學(xué)的一個重要研究對象。在第十一章里，我們對等離子體的熱力學(xué)性質(zhì)進行了討論。通過近似求解雙粒子分布函數(shù)，我們可以得到高溫稀薄等離子體的各種熱力學(xué)量相對于理想氣體的偏離。
對等離子體的*完全描述的理論應(yīng)該是動理學(xué)理論。動理學(xué)理論研究的是系統(tǒng)微觀粒子的分布函數(shù)的演化。它構(gòu)成了等離子體的微觀描述和宏觀描述之間的橋梁。我們在第十二章里給出等離子體動力學(xué)基本方程，并討論等離子體物理中***的現(xiàn)象：朗道阻尼。
本講義從頭至尾采用了高斯單位制，這種單位制是理論計算中常用的一種電磁學(xué)單位制。此外，在講授本課程時，為了開闊同學(xué)們的視野，我還向同學(xué)們推薦一些原始文獻。這些原始文獻，一部分是等離子體物理學(xué)中重要的經(jīng)典文獻，另一部分則體現(xiàn)了當(dāng)前等離子體物理領(lǐng)域的若干熱點。通過這樣的方式，希望有部分同學(xué)能逐漸發(fā)現(xiàn)自己的興趣所在，真正投入到等離子體物理學(xué)領(lǐng)域中來。
公安機關(guān)備案號：
