校友

考生

English Version

搜索

空间等离子体物理学  071M4007H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:傅绥燕等
课程编号: 071M4007H 课时: 60 学分: 4.0
课程属性: 专业核心课 主讲教师:傅绥燕等
英文名称: Space Plasma Physics

教学目的、要求

本课程为空间物理学研究生的学科基础课。本课程先容有关等离子体物理的基本概念与规律,包括三种主要处理等离子体问题的方法,并从等离子体物理的角度简述日地空间环境中的主要相关过程与现象。

预修课程

高等数学、大学物理

教 材

主要内容

第一章 引言(6学时)
教学重点:本课程的基本要求,等离子体的基本特征、研究方法与空间等离子体相关研究领域
1.1.	等离子体的定义与基本性质
1.2.	等离子体的特征时空尺度
1.2.1 Debye 长度
1.2.2等离子体振荡频率
1.2.3等离子体碰撞频率
1.3.	等离子体的基本描述方法
1.4.	空间等离子体中的现象与问题

第二章 单粒子轨道理论(6学时)
教学重点:带电粒子在电磁场中的运动、引导中心的漂移以及粒子在地球内磁层电磁场中的运动
2.1.	粒子的回旋运动与引导中心近似
2.2.	均匀电磁场中的粒子运动
2.3.	非均匀电磁场中的粒子运动
2.3.1	 非均匀磁场
2.3.2 引导中心的梯度与曲率漂移
2.3.3 引导中心的平行加速
2.3.4 非均匀电场
2.4.	时变电磁场中的粒子运动
    2.4.1 随时间变化的电场
2.4.2 回旋共振
2.4.3 随时间变化的磁场
2.7.	引导中心的漂移与等离子体电流
2.8.	等离子体层与屏蔽电场

第三章 绝热不变量(3学时)
教学重点:绝热不变量,地球俘获粒子
3.1.	绝热不变量
3.2.	L—B坐标与漂移壳
3.3.	粒子的绝热加速过程
3.4.	磁层环电流与辐射带

第四章 等离子体动理学方程(3学时)
教学重点:动理学基本概念及方程,平衡态方程 
4.1.	相空间密度与速度分布函数
4.2.	Boltzmann方程与Vlasov方程
4.3.	速度平衡态的分布特征(Maxwellian分布)
4.4.	宏观物理量
4.5. Boltzmann方程的各阶矩方程
4.6.	平衡态Vlasov方程
4.5.1 Debye 屏蔽
4.5.2 *等离子体鞘层中的电场

第五章 等离子体中的碰撞与电导率(6学时)
教学重点:碰撞与扩散的基本概念和过程,等离子体电导率 
5.1.	等离子体中的碰撞
    5.1.1碰撞的分类与平均自由程
    5.1.2等离子体中的库伦碰撞
5.1.3 *Fokker-Planck 方程
5.1.4 *热流与热导率
5.2.	等离子体扩散
5.2.1 自由扩散
5.2.2 有磁场的电子扩散
5.2.3	 等离子体双极扩散
5.3.	弱电离等离子体电导率
5.2.1 Langevin 方程
5.3.2电导率
5.4.	完全电离等离子体的扩散
5.4.1 等离子体电阻与电导率
5.4.2 电导率张量
5.5. *无碰撞等离子体波对粒子的散射
5.6.	电离层中的电场与电流

第六章 非磁化等离子体中的波(3学时)
教学重点:等离子体波的分类及静电波的特性 
6.1.	电磁波的基本特性
6.2.	等离子体波的分类
6.3. 非磁化等离子体中电磁波的色散函数
6.4.	非磁化等离子体中的静电波
6.4.1 Langmuir波
6.4.2离子声波

第七章 磁化冷等离子体中的波(3学时)
教学重点:冷等离子体中的波的传播特性及近地空间中的部分波动现象
7.1.	磁化冷等离子体中电磁波
7.2.	沿磁场方向传播的波动
7.3.	垂直磁场方向传播的波动
7.4.	任意方向传播的波动
7.5.	近地空间中特殊的波动现象
7.5.1 哨声波的产生与传播
7.5.2 *法拉第旋转

第八章 磁化等离子体中的波(3学时)
教学重点:等离子体波动的传播
8.1.	磁化等离子体的基本方程
8.2. 等离子波的色散函数(Vlasov 方程解)
8.2.1 *Fourier-Laplace变换
8.2.2 朗道(Landau)阻尼
8.3.	电子等离子体波动
8.3.1沿磁场方向传播的波动
8.3.2垂直磁场方向传播的波动
8.3.3 任意方向传播的波动
8.4.	热等离子体中的电磁波
8.4.1沿磁场方向传播的波动
8.4.2垂直磁场方向传播的波动

[ 期中考试 3学时 ]

第九章 等离子体的流体近似(3学时)
教学重点:等离子体的流体描述及其方程
9.1.	等离子体的导电流体模型
9.2.	多流体近似基本方程
9.3.	单流体近似基本方程
9.4.	一元磁流体动力学方程组
9.5.	理想MHD方程组

第十章 等离子体的冻结与磁重联(6学时)
教学重点:磁场的冻结与重联过程的物理机制, 磁层空间中的重联过程及等离子体对流
10.1. 理想磁流体中磁场的冻结原理
10.2. 等离子体对流
10.3. 磁场的扩散
10.4. 磁场重联的模型
10.5. 太阳风与行星际磁场的形成
10.6. 磁层中的磁重联与等离子体对流

第十一章 磁流体动力学波(6学时)
教学重点:磁流体波的分类及特征 
11.1. 磁流体波激发的物理分析
11.2. 线性磁流体波的相速度和扰动状态向量
11.3. 小振幅磁流体波的特性
11.4. 小振幅磁流体波的能量密度和能流密度
11.5. 磁流体力学波
11.6. 日地空间中的磁流体力学波
11.6.1太阳风中的Alfven波动
11.6.2磁层中的ULF波动

第十二章  磁流体力学间断面(3学时)
教学重点:磁流体间断面的分类及特征, 日球层中存在的间断面与激波的特性
12.1. 激波与间断面   
12.2. 激波RH守恒关系
12.3. 理想磁流体中的间断面类型
12.4. 磁流体力学激波
12.5. 日球层中的间断面与激波
12.5.1行星磁层顶
12.5.2弓激波与行星际激波
       
第十三章 磁流体动力学不稳定性(3学时)
教学重点:磁流体的平衡态与等离子体不稳定性的概念,空间等离子体中常见的宏观不稳定性
13.1. 磁流体力学平衡态
13.2. 等离子体不稳定性
13.3. 磁层顶的K-H不稳定性
13.4. 电离层中的R-T不稳定性与不均匀结构
[ 期末考试 3学时 ]

注:标注“*”号的章节为选讲,考试不做要求。

参考文献

1.	Baumjohann, W. and R. Treumann, Basic Space Plasma Physics, Imperial College Press, 1996
2.	Bittencourt, J. A., Fundamentals of Plasma Physics, Pergamon Press, 1986
3.	Kilvelson, Margret and Christopher Russell, Introduction to Space Physcis, Cambridge University Press, 1995
4.	马腾才,胡希伟, 陈银华,等离子体物理原理, 中国科学技术大学出版社, 1988
5.	Parks, G. K., Physics of Space Plasmas, Addison Wesley, 1991
6.	Chen, F., Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Volume 1:   Plasma Physics, Plenum Press, 1984
7.	赵凯华, 电浆基本理论, 高等教育出版社,2013
8.	涂传诒,日地空间物理学 ,科学出版社, 1988

授课时间: 星期二, 第9、10、11节
授课地点: 教2-121
授课周次: 2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13

授课时间: 星期五, 第9、10、11节
授课地点: 教2-121
授课周次: 2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17

mg游戏平台官方网站

版权所有?mg游戏平台官方网站

地址:北京市石景山区玉泉路19号(甲) 邮编: 100049

XML 地图 | Sitemap 地图