Theoretical Fundamentals of Plasma Physics

Syllabus

* Obecné vlastnosti plazmatu:

Definice plazmatu. Základní fyzikální charakteristiky plazmatu. Výskyt plazmatu v přírodě. Produkce plazmatu, jeho technologické aplikace a výzkum.

* Plazma v prvním přiblížení:

Interakce částic plazmatu. Makroskopická neutralita. Kolektivní chování a Debyeovo stínění. Potenciál plazmatu. Srážky nabitých částic, srážkové průřezy. Plazmová frekvence. Coulombovský rozptyl, coulombovský logaritmus. Ideální a neideální plazma, slabě a silně vázané plazma.

* Pohyb nabitých částic ve vnějších elektromagnetických polích:

Homogenní elektrické a magnetické pole. Nehomogenní magnetické pole, magnetické zrcadlo. Magnetické nádoby a udržení plazmatu. Tokamak. Časově proměnné elektrické a magnetické pole.

* Základy kinetické teorie plynu:

Kinetický popis plynu, ideální plyn. Kinetický výklad tlaku plynu, tlak a koncentrace, stavová rovnice ideálního plynu. Maxwell-Boltzmanovo rozdělení rychlostí. Vzájemné srážky molekul, srážková frekvence, střední volná dráha. Proudění plynu.

* Kinetická teorie plazmatu:

Kinetický popis, fázový prostor, rozdělovací funkce. Liouvillův teorém. Gibbsův H-teorém. Rovnice BBGKY. Boltzmannova integrodiferenciální rovnice. Odvození Boltzmannovy rovnice. Boltzmanův H-teorém. Srážkový člen. Maxwellovy transportní rovnice. Transportní rovnice pro plazma, Ohmův zákon, Fickův zákon. Srovnání kinetické teorie plynu a kinetické teorie plazmatu, analogie a rozdíly.

* Obecné řešení Boltzmannovy rovnice:

Zákony zachování. Úprava zákonů zachování. Rychlostní rozdělení částic. Vlastnosti Maxwelovy-Boltzmannovy rozdělovací funkce. Fokkerova-Planckova rovnice. Stacionární a nestacionární stav. Ubíhající elektrony.

* Základy magnetohydrodynamiky.

Popis plazmatu jako směsi tekutin, magnetohydrodynamika, základní rovnice. Vodivost plazmatu, zobecněný Ohmův zákon.

Annotation

Definice plazmatu a základní fyzikální charakteristiky plazmatu. Interakce částic plazmatu a kolektivní chování.

Coulombovský rozptyl. Pohyb nabitých částic v elektromagnetických polích. Kinetická teorie plazmatu, fázový prostor, Liouvillův teorém a Gibbsův H-teorém. Boltzmannova integrodiferenciální rovnice a Maxwellovy transportní rovnice. Základy magnetohydrodynamiky. Obecné řešení Boltzmannovy rovnice. Stacionární a nestacionární stav. Ubíhající elektrony.