淺談關于等離子體的弛豫和輸運

非熱平衡等離子體中向平衡態(tài)過渡出現(xiàn)的過程可分為弛豫和輸運兩類。前者是從非熱平衡速度分布向熱平衡麥克斯韋分布過渡的過程，后者是描寫穩(wěn)定的非熱平衡態(tài)有物質、動量、能量等在空間流動時的過程。弛豫過程一般通過各種弛豫時間來描述。這里最基本的是帶電粒子間的碰撞過程。【低溫等離子設備】

  帶電粒子間的作用力是長程庫侖力，一個粒子可以同時和德拜長度范圍內的多個粒子發(fā)生作用，它們之間可以產生近碰撞（兩個粒子近距離碰撞）和遠碰撞（一個粒子和距離較遠的多個粒子碰撞）。遠碰撞的作用大大超過近碰撞，這是等離子體中帶電粒子碰撞的一個特點。碰撞時間和平均自由程 l都主要由遠碰撞決定。它們是（采用高斯單位制）式中T為溫度，單位為電子伏,m、n為粒子質量及數(shù)密度，e為電子電荷,lnΛ為庫侖對數(shù)，它反映遠碰撞的效應。【常壓等離子設備】

  對于高溫等離子體,有三個比較重要的弛豫時間:縱向減速時間 t// ，橫向偏轉時間 t^ ,能量均化時間 tE 。電子和離子的弛豫時間并不相同。一個初始為非熱平衡的等離子體，經過碰撞，電子會首先達到熱平衡，爾后離子達到熱平衡，最后達到電子和離子之間的熱平衡。  等離子體中的輸運過程包括電導、擴散、粘性和熱導等，它們具有某些特點。特點之一是雙極擴散。例如電子擴散時，電子和離子間的靜電力會使離子跟著一起擴散，結果電子的擴散減慢了,離子的擴散加快了,最后這二者是以相同的速率擴散，這稱為雙極擴散。另一個特點是處在磁場中的等離子體，沿磁場的輸運基本上不受磁場的影響，但橫越磁場的輸運卻受到磁場的阻擋。【真空等離子清洗機】 

  處于環(huán)形磁場中的高溫稀薄等離子體，磁場梯度引起的漂移會改變約束粒子的軌道，從而加大了遷移自由程，這就大大提高輸運系數(shù)。分析這種磁場位形所得到的輸運理論名為新經典理論，它仍然是一種碰撞理論。在受控熱核聚變的研究中，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等輸運系數(shù)。

  根據(jù)目前托卡馬克等的實驗結果，某些輸運系數(shù)如電子熱導等有時明顯大于新經典理論的結果。在慣性約束聚變及其他某些實驗中，發(fā)現(xiàn)輸運系數(shù)明顯小于經典理論的結果。凡是碰撞理論無法解釋的輸運現(xiàn)象就稱為反常輸運。【真空等離子表面處理機】

目前流行的觀點是，反常輸運是由湍流等非線性過程所引起。反常輸運已成為當前聚變理論研究中的一個重大課題，因為它關系到能否有效地約束住等離子體的粒子和能量。

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