Посвящена гидродинамическим моделям явлений, происходящих в плазме различных устройств и установок: электродуговых и ВЧ-плазмотронов, МГД-генераторов открытого цикла, неравновесных МГД-генераторов, в пристеночной плазме токамаков, в положительном столбе газового разряда. Рассмотрены эффекты джоулевой диссипации в плазме с током, медленные МГД-процессы в равновесной слабоионизованной плазме, неизотермическая плазма в скрещенных Е x В полях, физика явлений в плазме, контактирующей с поверхностью.

Для научных работников и инженеров в области физики плазмы и её применений.

Ил. 73. Библиогр.: 209 назв.

Развитие физики плазмы в значительной степени определяется её применением в конкретных устройствах, в которых используется плазма. В связи с этими физика плазмы разделилась в настоящее время на ряд направлений.

Исследованиям в этих областях присуща некая, по-видимому, неизбежная особенность. На первом плане оказывается практическая цель, а собственно физика нередко играет второстепенную роль. Само существование физики плазмы как фундаментальной науки зачастую считается оправданным лишь этой целью. В узкоспециальной литературе среди описания конструкций, технологических подробностей и всякого рода другой специфической информации, важной для специалиста, чисто физические идеи, методы и результаты оказываются затерянными или отсутствуют вовсе. Между тем и в прикладных исследованиях добывается Знание, считающееся целью лишь фундаментальной науки. На наш взгляд, важнейшим стимулом научной деятельности наряду с практической целью должно быть добытое на пути её достижения научное знание: понимание механизма явления, красивая и подтверждённая изящным экспериментом теория, идея решения сложной задачи и т. д. Первоначальная цель может оказаться иллюзорной, весьма отдалённой или ненужной вообще, а добытое знание остаётся как единственный, может быть, итог потраченных усилий.

Кроме того, авторы настоящей книги, многие годы связанные с применением физики плазмы, убеждены в том, что лишь на прочном фундаменте знаний о поведении плазмы в условиях данного устройства можно рассчитывать на его адекватное функционирование, диктуемое назначением.

Стремясь дать читателям книги представление о физике процессов в реальных плазменных устройствах, мы старались продемонстрировать их существо с помощью простых и наглядных моделей, способных описать эти процессы.

Предлагаемая книга тематически связана с вышедшей в 1979 г. в издательстве «Наука» нашей книгой «Колебания и неустойчивости низкотемпературной плазмы». Десятилетие, прошедшее со времени её написания, существенно изменило состояние ряда обсуждавшихся в ней проблем. Чтобы учесть эти изменения (к примеру, то обстоятельство, что физика стала сейчас существенно более «нелинейной»), пришлось фактически написать новую книгу, в которой нелинейным аспектам процессов в плазменных устройствах уделено гораздо больше внимания.

В отличие от многочисленной литературы, сосредоточенной на физике полностью ионизованной плазмы, предметом нашего рассмотрения являются процессы, сопровождающиеся рождением и гибелью заряженных частиц. При этом нас интересуют достаточно медленные и крупномасштабные процессы гидродинамической природы, роль которых в функционировании плазменных устройств обычно бывает решающей. Кинетические плазменные процессы, отраженные, например, в книге Е. П. Велихова, А. С. Ковалева и А. Т. Рахимова «Физические явления в газоразрядной плазме» (М.: Наука, 1987), здесь не рассматриваются.

В недавно вышедшей книге В. А. Рожанского и Л. Д. Цендина «Столкновительный перенос в частично ионизованной плазме» (М.: Энергоатомиздат, 1988) рассмотрены процессы в неоднородной плазме при покоящемся газе. Нас же большей частью интересовали явления в плазме, ионы которой движутся с нейтральным газом без проскальзывания.

В книге использована международная система единиц (СИ). Для уравнений гидродинамики слабоионизованной плазмы в магнитном поле она обладает заметными преимуществами, например, перед системой единиц Гаусса, избавляя от утомительной необходимости писать в уравнениях константу с — скорость света в вакууме, которая к физическим процессам, описываемым в данной книге, прямого отношения не имеет. Появляющаяся же в СИ вместо скорости света другая константа — магнитная проницаемость вакуума — входит в уравнение rotB = μ₀j, в котором фактически нет нужды, поскольку магнитным полем, индуцированным токами в относительно слабо проводящей слабоионизованной плазме, обычно можно пренебречь.

Впрочем, те, кто приобрёл привычку использовать систему единиц Гаусса, легко могут её восстановить. Для этого необходимо написать множитель 1/с перед членами, содержащими внешнее магнитное поле, во всех уравнениях, где оно встречается.

А. В. Недоспасовым написаны гл. 5, 7, а также п. 6.6, В. Д. Хаитом — гл. 2—4 и 6, гл. 1 написана совместно.

Пользуемся возможностью выразить нашу признательность Л. Д. Цендину, прочитавшему рукопись книги и сделавшему целый ряд полезных замечаний.

Вспоминая с благодарностью ту огромную роль, которую сыграл в нашей научной судьбе Михаил Александрович Леонтович, мы хотели бы посвятить свой труд его памяти.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Авторы

Книги на ту же тему

1. Газовая электроника и физика плазмы в задачах, Швилкин Б. Н., 1978
2. Физика слабоионизованного газа (в задачах с решениями): Учебное пособие. — 2-е изд-е, перераб., Смирнов Б. М., 1978
3. Низкотемпературная плазма. Т. 17: Электродуговые генераторы термической плазмы, Жуков М. Ф., Засыпкин И. М., Тимошевский А. Н., Михайлов Б. И., Десятков Г. А., 1999
4. Физика плазмы (стационарные процессы в частично ионизованном газе): Учебное пособие для вузов, Синкевич О. А., Стаханов И. П., 1991
5. Медленные атомные столкновения, Никитин Е. Е., Смирнов Б. М., 1990
6. Химия плазмы. Вып. 17, Смирнов Б. М., ред., 1993
7. Химия плазмы. Вып. 10, Смирнов Б. М., ред., 1983
8. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме, Полак Л. С., ред., 1965
9. Физика химически активной плазмы, Русанов В. Д., Фридман А. А., 1984
10. Физика СВЧ вакуумно-плазменных нанотехнологий, Яфаров Р. К., 2009
11. Природа шаровой молнии, Сингер С., 1973
12. Сверхвысокочастотный пробой в газах, Мак-Доналд А., 1969
13. Генераторы низкотемпературной плазмы: Труды III Всесоюзной научно-технической конференции по генераторам низкотемпературной плазмы, Лыков А. В., ред., 1969
14. Генераторы плазменных струй и сильноточные дуги, Рутберг Ф. Г., ред., 1973
15. Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена, Жуков М. Ф., ред., 1977