книги из ГПНТБ / Эккер, Г. Теория полностью ионизированной плазмы

THEORY

OF

FULLY IONIZED

PLASMAS

GUNTER ecker

Professor of Physics

Institut fiir theoretische Physik

Ruhr-Universitat

Bochum, BRD

1972

ACADEMIC PRESS New York and London

Предисловие редактора перевода

Модель газа, состоящего из заряженных частиц с куло­ новским взаимодействием, или, как принято говорить, модель полностью ионизованной плазмы, — одна из мате­ матически строго обоснованных и завершенных моделей статистической механики сплошных сред. Формулировка этой модели и ее обоснование были даны в классических работах А. А. Власова, Л. Д. Ландау, Н. Н. Боголюбова, Ю. Л. Климонтовича, В. П. Силина, А. Ленарда и Р. Балеску. Особая роль в создании и развитии статистической физики плазмы принадлежит советским ученым, что должным образом отражено в предлагаемой русскому читателю книге известного западногерманского физикатеоретика Г. Эккера «Теория полностью ионизованной плазмы».

Книга Г. Эккера содержит последовательное изложе­ ние теории полностью ионизованной плазмы на основе динамического уравнения Климонтовича для плотности микроскопического распределения частиц. Исходя из это­ го уравнения выводятся все основные уравнения (уравне­ ния Власова, Ландау и Ленарда — Балеску) газовой плазмы в условиях, когда энергия взаимодействия частиц мала по сравнению с их средней кинетической энергией. Такой метод позволил автору совместить достаточно высо­ кую степень математической строгости с физически ясным

инаглядным изложением теории газовой плазмы. Следует отметить, что теория плазмы на основе дина­

мического уравнения для плотности микрораспределения частиц уже излагалась в монографии 10. Л. Климонтовича «Статистическая теория неравновесных процессов», вы­ шедшей небольшим тиражом в 1963 г. в Издательстве

МГУ. С тех пор в этой области был достигнут значительный прогресс, и этот прогресс хорошо отражен в книге Г. Эк­ кера.

Нет сомнения, что книга Г. Эккера окажется весьма полезной для специалистов, занимающихся теорией плаз­ мы и статистической физикой, и в особенности для сту­ дентов старших курсов и аспирантов, изучающих эти области физической науки.

А. А, Рухадве

Предисловие автора к русскому изданию

В последнее время на книжном рынке появился ряд полезных и содержательных книг, посвященных частично или полностью ионизованному газовому состоянию. Одна­

ко мне кажется, что они имеют два существенных не­ достатка.

Первый из них состоит в том, что нет строгого теорети­ ческого анализа таких обычных газовых разрядов, как дуговой, тлеющий, коронирующий и искровой разряды, которыми в течение некоторого времени почти не занима­ лись, но которые в последнее время представляют значи­ тельный интерес в связи с их практическим применением.

Второй недостаток заключается в некоторой непосле­ довательности вывода основных законов для наиболее простого плазменного состояния — полностью ионизован­ ной системы — из фундаментальных принципов статисти­ ческой механики и электродинамики.

Работа над учебником по газовому разряду может оказаться трудной и неблагодарной задачей. Теорети­ ческие представления в этой области еще недостаточно ясны, и имеется заметное число разногласий. Наоборот, решая вторую задачу, можно достичь известной степени завершенности, определенности и последовательности. Поэтому меня привлекла возможность попробовать свои силы во второй задаче, хотя и к первой я отношусь

сбольшим интересом.

Янадеюсь, что настоящая книга может дать аспиран­ там и научным сотрудникам, работающим в области физи­ ки плазмы, астрофизики и смежных областях, ту глубину понимания, которая не только приводит к удовлетворен­ ности в работе и уверенности в себе, но и создает надеж­ ный фундамент для научно-исследовательской работы.

8Предисловие автора к русскому изданию

Ярад, что моя книга йереведена на русский язык. Беглый взгляд на имена авторов библиографического

Н. Н. Боголюбов, Л. Д. Ландау, Ю. Л. Климонтович,— вот лишь некоторые из имен, — внесли решающий вклад в основы данного раздела науки. Более того, в настоящее время физика плазмы успешно и глубоко изучается в СССР

многими широко образованными и блестящими учеными. Я надеюсь, что мои советские коллеги сочтут эту книгу

полезной для себя.

Предисловие автора к английскому изданию

Необычная сложность экспериментальных работ

вобласти газовой электроники, с которыми я был знаком

всилу прежних связей с некоторыми пионерами в данной области, всегда привлекала мое внимание. Мой интерес был направлен на анализ этих физических явлений, которые, как я вскоре осознал, требуют более глубокого понимания основных особенностей физики плазмы. На этой основе возник курс лекций, который я читал в тече­ ние многих лет главным образом в университетах Бонна

иБохума, а также в университетах Америки, которые мне иногда удавалось посещать.

По мере того как совершенствовался курс лекций, меня все более и более стала интересовать математическая строгость и четкость формулировок основных концепций физики полностью ионизованной системы. Поэтому посте­

пенно основной акцент в моих лекциях переместился с газовой электроники на обсуждение полностью ионизо­ ванной плазмы.

В настоящее время имеются работы, в которых рас­ смотрены многие вопросы, относящиеся к полностью ионизованной системе при различных частных условиях. Но содержание любой из этих работ очень трудно предста­ вить в систематической и полной форме так, чтобы изло­ жение основных теоретических способов описания равно­ весных и неравновесных состояний исходило из перво­ начальных принципов. Цель данной книги заключается в стремлении дать именно такое изложение.

Само собой разумеется, что, когда стремишься развить такой общий подход, соблюдая известную строгость, необ­

10 Предисловие автора к английскому изданию

внешними полями, ни вопросы приложения к конкретным задачам.

Книга предназначена для аспирантов и научных сотруд­ ников, работающих в области физики плазмы, астрофизи­ ки или в смежных с ними областях. Читатель должен быть знаком с основными понятиями классической теорети­ ческой физики.

Я обязан многим людям. Это прежде всего авторы ори­ гинальных работ, цитировавшихся или изложенных в кни­ ге. Я хотел бы особо отметить таких выдающихся ученых в области физики плазмы, как М. Розенблют, А. Кауфман, В. Кункель и П. Стэррок, которые прослушали мои лек­ ции и участвовали в дискуссиях, принесших книге значи­ тельную пользу. Я также признателен за бесчисленные обсуждения моим сотрудникам. За критику, постоянную помощь и содействие я приношу особую благодарность К. Фишеру, Г. Фрёмлингу, К. Риману и К. Шпачеку.

Оглядываясь назад и перелистывая страницы, я чувствую, что в содержании книги есть много мест, которые можно расширить и улучшить. Но здесь, как и все другие, я вижу, насколько справедливо изречение Гёте: «Такую работу в сущности никогда нельзя завер­ шить; ее можно лишь объявить завершенной, если с учетом времени и обстоятельств сделано все возможное».