淺談關(guān)于等離子體的弛豫和輸運(yùn)

非熱平衡等離子體中向平衡態(tài)過(guò)渡出現(xiàn)的過(guò)程可分為弛豫和輸運(yùn)兩類(lèi)。前者是從非熱平衡速度分布向熱平衡麥克斯韋分布過(guò)渡的過(guò)程，后者是描寫(xiě)穩(wěn)定的非熱平衡態(tài)有物質(zhì)、動(dòng)量、能量等在空間流動(dòng)時(shí)的過(guò)程。弛豫過(guò)程一般通過(guò)各種弛豫時(shí)間來(lái)描述。這里最基本的是帶電粒子間的碰撞過(guò)程。【低溫等離子設(shè)備】

  帶電粒子間的作用力是長(zhǎng)程庫(kù)侖力，一個(gè)粒子可以同時(shí)和德拜長(zhǎng)度范圍內(nèi)的多個(gè)粒子發(fā)生作用，它們之間可以產(chǎn)生近碰撞（兩個(gè)粒子近距離碰撞）和遠(yuǎn)碰撞（一個(gè)粒子和距離較遠(yuǎn)的多個(gè)粒子碰撞）。遠(yuǎn)碰撞的作用大大超過(guò)近碰撞，這是等離子體中帶電粒子碰撞的一個(gè)特點(diǎn)。碰撞時(shí)間和平均自由程 l都主要由遠(yuǎn)碰撞決定。它們是（采用高斯單位制）式中T為溫度，單位為電子伏,m、n為粒子質(zhì)量及數(shù)密度，e為電子電荷,lnΛ為庫(kù)侖對(duì)數(shù)，它反映遠(yuǎn)碰撞的效應(yīng)。【常壓等離子設(shè)備】

  對(duì)于高溫等離子體,有三個(gè)比較重要的弛豫時(shí)間:縱向減速時(shí)間 t// ，橫向偏轉(zhuǎn)時(shí)間 t^ ,能量均化時(shí)間 tE 。電子和離子的弛豫時(shí)間并不相同。一個(gè)初始為非熱平衡的等離子體，經(jīng)過(guò)碰撞，電子會(huì)首先達(dá)到熱平衡，爾后離子達(dá)到熱平衡，最后達(dá)到電子和離子之間的熱平衡。  等離子體中的輸運(yùn)過(guò)程包括電導(dǎo)、擴(kuò)散、粘性和熱導(dǎo)等，它們具有某些特點(diǎn)。特點(diǎn)之一是雙極擴(kuò)散。例如電子擴(kuò)散時(shí)，電子和離子間的靜電力會(huì)使離子跟著一起擴(kuò)散，結(jié)果電子的擴(kuò)散減慢了,離子的擴(kuò)散加快了,最后這二者是以相同的速率擴(kuò)散，這稱(chēng)為雙極擴(kuò)散。另一個(gè)特點(diǎn)是處在磁場(chǎng)中的等離子體，沿磁場(chǎng)的輸運(yùn)基本上不受磁場(chǎng)的影響，但橫越磁場(chǎng)的輸運(yùn)卻受到磁場(chǎng)的阻擋。【真空等離子清洗機(jī)】 

  處于環(huán)形磁場(chǎng)中的高溫稀薄等離子體，磁場(chǎng)梯度引起的漂移會(huì)改變約束粒子的軌道，從而加大了遷移自由程，這就大大提高輸運(yùn)系數(shù)。分析這種磁場(chǎng)位形所得到的輸運(yùn)理論名為新經(jīng)典理論，它仍然是一種碰撞理論。在受控?zé)岷司圩兊难芯恐?，這種理論很重要，它在一定程度上解釋了環(huán)形裝置中觀察到的較大的離子熱導(dǎo)等輸運(yùn)系數(shù)。

  根據(jù)目前托卡馬克等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，某些輸運(yùn)系數(shù)如電子熱導(dǎo)等有時(shí)明顯大于新經(jīng)典理論的結(jié)果。在慣性約束聚變及其他某些實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)輸運(yùn)系數(shù)明顯小于經(jīng)典理論的結(jié)果。凡是碰撞理論無(wú)法解釋的輸運(yùn)現(xiàn)象就稱(chēng)為反常輸運(yùn)。【真空等離子表面處理機(jī)】

目前流行的觀點(diǎn)是，反常輸運(yùn)是由湍流等非線性過(guò)程所引起。反常輸運(yùn)已成為當(dāng)前聚變理論研究中的一個(gè)重大課題，因?yàn)樗P(guān)系到能否有效地約束住等離子體的粒子和能量。

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