天体物理学中的无碰撞等离子体

等离子体是由被剥夺部分电子的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，被视为是与物质的固、液、气状态并列的第四态。由于它是带电粒子的集合体，它的行为与电磁场密不可分。当等离子体中包含中性粒子，并且中性粒子与带电粒子的碰撞趋于无穷次时，等离子体会更倾向于中性气体。本书主要讲述了完全电离等离子体及其特定性质。

本书共有9章：1.介绍，包括本书的目标、天体物理学中的等离子体、电磁场与电磁波、横向与纵向电磁场、真空中的电磁场、等离子体中的电磁波、平面等离子体波的电磁分量、带电粒子的运动；2.等离子体描述与模型，包括分布函数与分配矩、从动理学方程到流体方程的转换、数值方法、Valsov编码、杂交编码；3.磁化等离子体，包括完全磁流体动力学（Ideal MHD）、建立MHD模型、量纲分析与等离子特征尺度；4.碰撞型-无碰撞，包括等离子体物理中碰撞的概念，有平均自由程、德拜长度、克努森数等；损耗的概念，有能量转移与损耗、可逆性、不可逆性、熵等；5.等离子体中的波，包括MHD波、波引起的输运、高频率波、哨声模式、流体理论中的碰撞阻尼、无碰撞阻尼、不稳定性；6.非线性效应、激波与湍流，包括无碰撞激波与结构面、湍流、非线性动理学物理； 7.流动与粒子加速过程，包括流动和加速过程、文丘里效应、恒星风、磁重联、磁层中的动力加速；8.宇宙射线的加速与迁移，包括磁场：迁移阻碍、宇宙射线的迁移方程、宇宙射线的费米加速等；9.动理学和流体的二重性，包括太阳风与行星风膨胀、小幅弹道起伏、大幅弹道起伏等。

附录：1.符号，包括1.1向量与张量；1.2微商；1.3符号列表；2.渐近展开与等离子绝热不变量，包括2.1多尺度扩展；2.2等离子绝热不变量；2.3引导中心方程的推导；3.福克-普朗克方程，一阶项。

本书由5位作者共同撰写，其中第1作者是研究无碰撞介质的动理学理论和流体理论方面的专家；其它各位作者也分别是物理领域的专家。

本书简单易懂，意在成为等离子物理方面的教科书。实验室等离子体，特别是核聚变磁约束方面的研究者，也适合阅读本书。

王小珊，博士生

（中国科学院理化技术研究所）

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