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技术资料

浅谈等离子体的波动模式

 

  等离子清洗机】等离子体中的波动模式非常复杂。既有横波(波矢k与电场E垂直),也有纵波(kE平行),也有非横非纵的波。有椭圆偏振波,也有圆偏振和线偏振波。波的相速可以大于、等于或小于真空光速 c 。波的群速和相速可以平行、不平行或反平行。

  波的形式如此之多,这是因为,等离子体中的带电粒子可以和波的电磁场发生作用而影响波的传播。如果有外加磁场,则波动、磁场的扰动和粒子的运动互相影响,就使得波的模式更加繁杂。

  例如,正负电荷的分离,会产生静电场,其库仑力是恢复力,由此产生了朗缪尔波;磁力线的弯曲,其张力是恢复力,由此产生了阿尔文波;等离子体中各种梯度,如密度梯度、温度梯度等,会引起漂移运动,漂移可以和波的模式耦合,由此产生了漂移波。

  波可以粗分为冷等离子体波与热等离子体波。等离子清洗机】当粒子的热速远小于波速,以及回旋半径(对磁化等离子体来说)远小于波长时,这时是冷等离子体,其波动现象采用磁流体力学方法来研究。

  非磁化冷等离子体中的波有光波,波速比真空光速c大。对于磁化冷等离子体,它是各向异性的,介电常数成为张量。如同其他各向异性介质中会有两支波一样,磁化冷等离子体中也有两支波:寻常波与非常波。

  当等离子体的折射率 n = 0时,波被截止而反射,当n 时,波与共振粒子作用而被粒子吸收。例如,当波矢k与外磁场平行时,频率为 w = wce的非常波会与绕磁场回旋的电子共振,w = wci的寻常波则会与回旋离子共振,wce wci 分别是电子及离子的回旋频率,此时,波的能量被吸收,形成回旋阻尼。对于热等离子体,粒子的热运动以及有限回旋半径引进了一些新的模式和新的效应。【低温等离子表面处理机】 

  非磁化热等离子体中的波除光波外,还有电子朗缪尔波及离子声波。朗缪尔波会与速度相近的电子共振而形成朗道阻尼。

  磁化热等离子体中波的一个特点是,由于多普勒效应等原因,频率为 w lwce ( l = 012,…)的非常波会与回旋电子共振, w lwci ( l = 012,…)的寻常波会与回旋离子共振,形成切伦科夫阻尼及回旋阻尼。

在非均匀等离子体中,除了会产生漂移波外,在一定条件下,不同模式的波可以互相转化,例如非常波可转化为寻常波或纵波。非线性波有激波、无碰撞激波、孤立波等。如考虑到非线性效应,则不同模式的波既可互相转化,也可互相激发,如横波可以激发纵波。波动理论不仅研究色散关系,也研究等离子体中波和波相互作用、等离子体中波和粒子相互作用等。【等离子表面清洗】

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