Plasma Physics. An Introduction to Laboratory, Space, and Fusion Plasmas

نسخه بزرگ‌شده جدید این کتاب درسی مقدمه‌ای جامع از فرآیندهای اساسی در پلاسما ارائه می‌کند و نشان می‌دهد که همان مفاهیم اساسی پلاسمای سرد تخلیه گاز، پلاسمای فضایی، و پلاسمای همجوشی داغ را توصیف می‌کنند. با شروع از رانش ذرات در میدان های مغناطیسی، اصول همجوشی محصور شده مغناطیسی توضیح داده شده و با همجوشی لیزری مقایسه می شود. فرآیندهای جمعی از نظر امواج پلاسما و ناپایداری مورد بحث قرار می گیرند. مفاهیم توصیف پلاسما توسط مگنتوهیدرودینامیک، نظریه جنبشی، و شبیه سازی ذرات به صورت گام به گام معرفی می شوند. اثرات بار فضایی در نواحی غلاف، لایه های دوگانه و دیودهای پلاسما مورد توجه لازم قرار می گیرد. مکانیسم‌های اساسی جدید پلاسمای غبارآلود بررسی شده و در چارچوب پلاسمای معمولی ادغام می‌شوند. این کتاب با شرح مختصری از تخلیه‌های پلاسما مدرن به پایان می‌رسد.

نوشته شده توسط یک محقق مشهور بین‌المللی در فیزیک پلاسما تجربی، متن دستگاه ریاضی را ساده نگه می‌دارد و بر مفاهیم اساسی تأکید می‌کند. دستورالعمل‌های فیزیک پلاسما با نمونه‌های عملی، ترجیحاً از تشخیص پلاسما، نشان داده شده‌اند. در آنجا، روش های کاوشگر لانگمویر، تداخل سنجی لیزری، صدای یونوسفر، چرخش فارادی، و تشخیص پلاسماهای غبارآلود مورد بحث قرار می گیرند. اگرچه این کتاب عمدتاً به دانشجویان فیزیک پلاسما می‌پردازد، اما برای محققان در رشته‌های همسایه مانند علوم فضایی، اخترفیزیک، علم مواد، فیزیک کاربردی و مهندسی برق به راحتی قابل دسترسی است.

این ویرایش دوم به‌طور کامل بازبینی شده است. و شامل فصل‌های بزرگ‌تر در مورد تشخیص پلاسما، پلاسماهای غبارآلود و ترشحات پلاسما است. تکنیک‌های کاوشگر به تئوری پایه و مجموعه‌ای از مثال‌های عملی برای تکنیک‌های کاوشگر در پلاسمای dc، rf و فضایی بازآرایی شده‌اند. موضوعات جدیدی در پلاسماهای غبارآلود، مانند کریستال های پلاسما، توپ های یوکاوا، انتقال فاز و نیروهای جذاب پذیرفته شده اند. فصل مربوط به تخلیه های پلاسما اکنون شامل بخش جدیدی در مورد کندوپاش مگنترون ضربه ای معمولی و پرقدرت است. اثر عدم تقارن الکتریکی اخیراً در تخلیه‌های RF خازنی شرح داده شده است.

متن بر اساس دوره مقدماتی فیزیک پلاسما و دوره‌های پیشرفته در تشخیص پلاسما، پلاسماهای غبارآلود و امواج پلاسما است که نویسنده آن را ارائه کرده است. به مدت سه دهه در دانشگاه کیل تدریس کرد. رویکرد آموزشی ترکیبی از توضیحات مفصل، تعداد زیادی شکل‌های گویا، خلاصه‌های کوتاهی از اصول اولیه در پایان هر فصل و مجموعه‌ای از مسائل با راه‌حل‌های دقیق است.

The enlarged new edition of this textbook provides a comprehensive introduction to the basic processes in plasmas and demonstrates that the same fundamental concepts describe cold gas-discharge plasmas, space plasmas, and hot fusion plasmas. Starting from particle drifts in magnetic fields, the principles of magnetic confinement fusion are explained and compared with laser fusion. Collective processes are discussed in terms of plasma waves and instabilities. The concepts of plasma description by magnetohydrodynamics, kinetic theory, and particle simulation are stepwise introduced. Space charge effects in sheath regions, double layers and plasma diodes are given the necessary attention. The novel fundamental mechanisms of dusty plasmas are explored and integrated into the framework of conventional plasmas. The book concludes with a concise description of modern plasma discharges.

Written by an internationally renowned researcher in experimental plasma physics, the text keeps the mathematical apparatus simple and emphasizes the underlying concepts. The guidelines of plasma physics are illustrated by a host of practical examples, preferentially from plasma diagnostics. There, Langmuir probe methods, laser interferometry, ionospheric sounding, Faraday rotation, and diagnostics of dusty plasmas are discussed. Though primarily addressing students in plasma physics, the book is easily accessible for researchers in neighboring disciplines, such as space science, astrophysics, material science, applied physics, and electrical engineering.

This second edition has been thoroughly revised and contains substantially enlarged chapters on plasma diagnostics, dusty plasmas and plasma discharges. Probe techniques have been rearranged into basic theory and a host of practical examples for probe techniques in dc, rf, and space plasmas. New topics in dusty plasmas, such as plasma crystals, Yukawa balls, phase transitions and attractive forces have been adopted. The chapter on plasma discharges now contains a new section on conventional and high-power impulse magnetron sputtering. The recently discovered electrical asymmetry effect in capacitive rf-discharges is described.

The text is based on an introductory course to plasma physics and advanced courses in plasma diagnostics, dusty plasmas, and plasma waves, which the author has taught at Kiel University for three decades. The pedagogical approach combines detailed explanations, a large number of illustrative figures, short summaries of the basics at the end of each chapter, and a selection of problems with detailed solutions.