等离子体物理研究的理论与方法

  等离子体的动力学过程由带电荷的粒子与磁场的相互作用主导。如果所有的场都是外部场，那其中的物理过程就会相对简单。然而由于粒子运动可以产生局部的空间电荷的聚集，从而形成电场。此外它们的运动也可以形成电流，从而产生磁场。这些内部场以及它们反作用到等离子体中粒子的运动，使等离子体的物理过程变得复杂。
  通常，等离子体的动力学过程可以通过解等离子体中每一个粒子的运动方程来描述。出现在每一个方程中的电磁场包含了每一个粒子运动产生的内部场，这些所有方程可以耦合在一起并且联立求解。这样的完整解不仅难以获得，而且没有实际用途，因为我们关注的通常是平均的物理量如密度温度等，而不是每一个粒子的速度。因此通常使用一些近似来适应所研究的问题。主要有以下四种方法。

1. 最简单的近似方法是单粒子运动（single particle motion）。它描述了每一个粒子在外部电磁场作用下的运动。这种方法忽略了等离子体的集体效应，但是在研究非常低密度等离子体时非常有效。
2. 磁流体力学（magnetohydrodynamic）是另一个极端，它忽略了所有单个粒子的特性。等离子体被处理成具有一些宏观物理量（如密度，速度，温度等）的导电流体。这种方法假设等离子体能够保持局部的平衡，并且适用于研究磁场中的高导电流体中的低频波现象。
3. 多流体（multi-fluid）方法与磁流体力学方法类似，但是分开考虑不同的粒子（电子，质子和其它可能的更重的离子），并且假设每种粒子的行为都类似于一种独立的流体。其优点是可以考虑到轻电子和重离子在流体行为方面的差异。这可以产生电荷分离场和高频波的传播。
4. 动理学理论（kinetic theory）是目前等离子体研究中最先进的理论。它采用统计方法。它不求解每一个粒子的运动方程，它着眼于给定系统的相空间中粒子分布函数的演化。然而，即使在动理学理论中，也必须做出某些简化的假设，并且根据简化的种类，动理学理论也有不同的风格。

---