Theory of One-Dimensional Vlasov-Maxwell Equilibria: With Applications to Collisionless Current Sheets and Flux Tubes

این کتاب تئوری پلاسمای بدون برخورد و به‌ویژه تعادل‌های پلاسمای بدون برخورد را توصیف و زمینه‌سازی می‌کند. نظریه Vlasov-Maxwell در مورد پلاسمای بدون برخورد یک ابزار مهم فزاینده برای تحقیقات فیزیک پلاسما مدرن است: توانایی ما برای حفظ پلاسما در حالت ثابت، و کاهش ناپایداری ها، تعیین کننده موفقیت نیروگاه های همجوشی حرارتی بر روی زمین است. و درک ما از پلاسما در پیش‌بینی و کاهش اثرات آب و هوای فضایی در محیط‌های زمینی و ماهواره‌ها کمک می‌کند. دورتر، اتصال مجدد مغناطیسی یک مکانیسم آزادسازی انرژی در سراسر جهان است و ماهواره‌های مدرن اکنون قادر به اندازه‌گیری در محل با وضوح مقیاس جنبشی هستند.

برای همگام شدن با این چالش‌ها و پیشرفت‌های تکنولوژیکی، یک بحث علمی مدرن از فیزیک پلاسما باید "سواد" آن را در نظریه جنبشی افزایش دهد و از آن بهره‌برداری کند. به عنوان مثال، محاسبات تحلیلی دقیق و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری ناپایداری‌های جنبشی بر اساس دانش تعادل Vlasov-Maxwell به عنوان یک شرط اولیه است. این کتاب کار بنیادی جدیدی را در مورد تعادل Vlasov-Maxwell برجسته می‌کند که مورد علاقه بالقوه ریاضیدانان و فیزیکدانان است. کاربردهای احتمالی شامل دو مورد از مهمترین ساختارهای مغناطیسی شناخته شده برای محدود کردن پلاسما و ذخیره انرژی است: صفحات جریان و لوله های شار.

This book describes and contextualises collisionless plasma theory, and in particular collisionless plasma equilibria. The Vlasov–Maxwell theory of collisionless plasmas is an increasingly important tool for modern plasma physics research: our ability to sustain plasma in a steady-state, and to mitigate instabilities, determines the success of thermonuclear fusion power plants on Earth; and our understanding of plasma aids in the prediction and mitigation of Space Weather effects on terrestrial environments and satellites. Further afield, magnetic reconnection is a ubiquitous energy release mechanism throughout the Universe, and modern satellites are now able to make in-situ measurements with kinetic scale resolution.

To keep pace with these challenges and technological developments, a modern scientific discussion of plasma physics must enhance, and exploit, its ‘literacy’ in kinetic theory. For example, accurate analytical calculations and computer simulations of kinetic instabilities are predicated on a knowledge of Vlasov–Maxwell equilibria as an initial condition. This book highlights new fundamental work on Vlasov–Maxwell equilibria, of potential interest to mathematicians and physicists alike. Possible applications involve two of the most significant magnetic structures known to confine plasma and store energy: current sheets and flux tubes.