An Introduction to the Linear Theories and Methods of Electrostatic Waves in Plasmas

فیزیک پلاسما مدرن، شامل فعل و انفعالات موج-ذره و پدیده های جمعی مشخصه ماهیت بدون برخورد پلاسماهای داغ، در سال 1946 تأسیس شد، زمانی که 1. D. Landau تجزیه و تحلیل خود را از امواج خطی (با دامنه کوچک) در چنین پلاسماهایی منتشر کرد. . با این حال، تا ده تا بیست سال بعد، با انگیزه‌ای از میدان همجوشی کنترل‌شده که در آن زمان به سرعت در حال توسعه بود، توجه کافی، هم در تحقیقات نظری و هم در تحقیقات تجربی، به روشن شدن اهمیت و پیامدهای کار اصلی لاندو معطوف شد. از آن زمان، با پیشرفت‌هایی در آزمایشگاه، همجوشی، فضا و تحقیقات پلاسمای اخترفیزیکی، شاهد پیشرفت‌های مهمی در جهت درک انواع پدیده‌های خطی و همچنین غیرخطی پلاسما، از جمله آشفتگی پلاسما بوده‌ایم. امروزه، فیزیک پلاسما به عنوان یک رشته به خوبی توسعه یافته است که شامل مجموعه ای متحد از تکنیک های نظری و تجربی قدرتمند و شامل طیف گسترده ای از کاربردها است. به این ترتیب، اکنون اغلب در برنامه های درسی فیزیک و مهندسی دانشگاه در سطوح ارشد و سال اول تحصیلات تکمیلی معرفی می شود. یک پیش نیاز ضروری برای تمام مطالعات پلاسما مدرن، درک امواج خطی در یک محیط پراکنده زمانی و مکانی مانند پلاسما است، از جمله توصیف نظریه جنبشی (لاندو) چنین امواجی. تجربه تدریس معمولاً نشان داده است که دانش‌آموزان (فارغ التحصیلان و فارغ‌التحصیلان سال اول)، هنگامی که برای اولین بار در معرض نظریه جنبشی امواج پلاسما قرار می‌گیرند، در مواجهه با پیچیدگی لازم در انتگرال‌ها و تبدیل‌های متغیر پیچیده چندبعدی (مفرد) مشکل دارند.

Modern plasma physics, encompassing wave-particle interactions and collec­ tive phenomena characteristic of the collision-free nature of hot plasmas, was founded in 1946 when 1. D. Landau published his analysis of linear (small­ amplitude) waves in such plasmas. It was not until some ten to twenty years later, however, with impetus from the then rapidly developing controlled­ fusion field, that sufficient attention was devoted, in both theoretical and experimental research, to elucidate the importance and ramifications of Landau's original work. Since then, with advances in laboratory, fusion, space, and astrophysical plasma research, we have witnessed important devel­ opments toward the understanding of a variety of linear as well as nonlinear plasma phenomena, including plasma turbulence. Today, plasma physics stands as a well-developed discipline containing a unified body of powerful theoretical and experimental techniques and including a wide range of appli­ cations. As such, it is now frequently introduced in university physics and engineering curricula at the senior and first-year-graduate levels. A necessary prerequisite for all of modern plasma studies is the under­ standing oflinear waves in a temporally and spatially dispersive medium such as a plasma, including the kinetic (Landau) theory description of such waves. Teaching experience has usually shown that students (seniors and first-year graduates), when first exposed to the kinetic theory of plasma waves, have difficulties in dealing with the required sophistication in multidimensional complex variable (singular) integrals and transforms.