Elementary Physics of Complex Plasmas pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Vladimirov, S. V. 编

出品人:

页数:370

译者:

出版时间:

价格:$ 145.77

装帧:HRD

isbn号码:9783540290001

丛书系列:

图书标签:

Complex Plasmas
Plasma Physics
Condensed Matter Physics
Soft Matter
Statistical Physics
Nonlinear Physics
Dusty Plasmas
Colloidal Physics
Physics of Fluids
Interdisciplinary Physics

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具体描述

Complex plasmas are dusty plasmas in which the density and electric charges of the dust grains are sufficiently high to induce long-range grain-grain interactions, as well as strong absorption of charged-plasma components. Together with the sources replenishing the plasma such systems form a highly dissipative thermodynamically open system that exhibits many features of collective behaviour generally found in complex systems. Most notably among them are self-organized patterns such as plasma crystals, plasma clusters, dust stars and further spectacular new structures. Beyond their intrinsic scientific interest, the study of complex plasmas grows in importance in a great variety of fields, ranging from space-plasma sciences to applied fields such as plasma processing, thin-film deposition and even the production of computer chips by plasma etching, in which strongly interacting clouds of complex plasmas can cause major contamination of the final product. Intended as first introductory but comprehensive survey of this rapidly emerging field, the present book addresses postgraduate students as well as specialist and nonspecialist researchers with a general background in either plasma physics, space sciences or the physics of complex systems.

复杂等离子体中的基本物理学面向物理学家、工程师和高年级本科生的经典教材，深入剖析复杂等离子体的基本原理与前沿应用。核心内容与结构本书聚焦于复杂等离子体这一跨学科领域的核心物理现象。不同于传统教科书中对理想、无碰撞等离子体的侧重，本书从一开始就强调了粒子间相互作用、空间非均匀性以及多尺度动力学在真实等离子体系统中的决定性作用。全书结构严谨，从基本理论框架构建入手，逐步深入到具体的物理模型和实验观测。第一部分：复杂等离子体的基础概念与建模本部分旨在为读者建立一个坚实的理论基础。我们首先详细讨论了“复杂”或“强耦合”等离子体的定义标准——即离子热能与德拜屏蔽能量之比（$Gamma$ 参数）显著大于一的条件。第1章：等离子体的广义分类与特征尺度：引入了等离子体参数的完整集合，包括等离子体频率、德拜长度和碰撞频率。重点讨论了如何从宏观尺度（流体模型）过渡到微观尺度（玻尔兹曼方程和朗之万动力学），并对“准中性”假设的失效条件进行了深入探讨。第2章：粒子间相互作用的精确描述：复杂等离子体的核心在于强库仑相互作用。本章详细推导了有效相互作用势（如屏蔽库仑势、修正的Yukawa势）的适用范围和修正项的物理来源（如电子的极化效应）。我们使用径向分布函数（g(r)）来量化强耦合效应，并介绍均方根波动（RMS fluctuation）对结构稳定性的影响。第3章：流体动力学模型的扩展：在强耦合背景下，标准欧拉方程或纳维-斯托克斯方程不再适用。本章引入了非理想流体理论，包括黏滞项（剪切黏度和体黏度）的微观推导，特别是考虑了离子的集体输运性质如何受到强关联的影响。这部分包含了对热导率和扩散系数的修正公式的详尽分析。第二部分：集体激发与波的传播在具有结构性的等离子体中，集体激发模式的性质发生了根本性的改变。第4章：声学模态与离子声波的修正：传统离子声波色散关系在强耦合下显著偏离线性预测。我们深入分析了“声速”的温度和密度依赖性，特别是低频极限下离子声波如何演化为晶格振动模式。引入了由离子间关联引起的剪切波（Shear Waves）的传播机制。第5章：静电屏蔽与集体激发的退化：本章探讨了电子和离子密度涨落的耦合。重点分析了等离子体振荡频率在强电荷关联下的蓝移现象。通过线性响应理论（Kubo公式的特定形式），我们展示了弛豫时间（Relaxation Time）如何影响集体模式的衰减率。第6章：非线性动力学与模态耦合：针对高能注入或大振幅扰动，非线性效应变得不可忽略。我们探讨了非线性离子声波的产生，以及“等离子体湍流”（Plasma Turbulence）在复杂介质中的特性，特别是湍流频谱如何受到强关联导致的有效“粘滞”的限制。第三部分：结构形成与相变复杂等离子体因其精确可调的相互作用强度，成为研究凝聚态物理中相变的理想平台。第7章：从无序到有序：相图的构建：本章详细考察了$Gamma$ 参数和温度（或晶格温度$T_i$）对系统行为的影响。我们精确地重现了离子晶体形成（BCC、FCC结构）的临界条件，并讨论了熔化过程的动力学，对比了均匀系统与边界限制系统下的相变差异。第8章：晶格动力学与缺陷：在强耦合晶体状态下，我们应用简化的牛顿动力学模拟方法来计算晶格的固有频率。深入分析了位错、堆垛层错等晶体缺陷的形成能和迁移机制，这对于理解材料的机械响应至关重要。第9章：非平衡态结构与非晶态形成：探讨了在快速冷却或剪切流动下，系统如何被“冻结”在非晶态（玻璃态）。重点分析了“超冷流体”状态的特征，以及如何使用平均场理论（如平均力近似）来处理局部短程有序的形成。第四部分：边界效应与应用背景本部分将理论模型应用于实际的实验设置和工程问题中。第10章：复杂等离子体与壁面相互作用：真实实验环境中的壁面效应至关重要。我们讨论了耗散边界条件（如反射与吸收系数的设定）对整体粒子平衡的影响。特别关注了“空间电荷区”的形成，以及它如何调控流体中的电场分布。第11章：输运现象与能量耗散：阐述了如何通过测量粒子扩散（扩散系数D）和热流（热导率$kappa$）来反演系统的微观耦合强度。这部分包含了经验关系与第一性原理计算结果的对比，重点讨论了“扩散的各向异性”在非均匀电场中的表现。第12章：复杂等离子体在微重力与地面模拟中的地位：总结了复杂等离子体作为“软物质的通用模型”的地位，并将其物理与胶体物理、熔盐体系、以及星际尘埃云等其他强关联系统进行类比。讨论了如何在地面磁场或电场中模拟微重力下的低能耗动力学。本书强调理论推导的严谨性与与实验观测的直接联系。书中包含了大量用于概念理解和数值验证的案例分析和习题，确保读者不仅掌握了现象描述，更能理解背后的微观机制。本书适合作为研究生或高年级本科生深入学习等离子体物理、凝聚态物理以及软物质物理的权威参考。