- Власова уравнения
-
Уравнение Власова — система уравнений, описывающих динамику плазмы заряженных частиц с учетом дальнодействующих кулоновских сил посредством самосогласованного поля. Впервые предложена А. А. Власовым в статье[1] и позднее излагается в монографии[2].
Содержание
Проблемы газокинетического подхода
В своей работе Власов сначала указывает на неприменимость газокинетического подхода, основанного на уравнении Больцмана, к описанию динамики плазмы с кулоновским взаимодействием. Он отмечает следующие проблемы, возникающие при попытке применения теории парных столкновений к описанию плазмы:
- Теория парных столкновений не согласуется с исследованиями Рэлея и Ленгмюра и Тонкса о наличии собственных вибраций в электронной газовой плазме.
- Теория парных столкновений формально не применима к кулоновскому взаимодействию из-за расходимости кинетических членов.
- Теория парных столкновений не позволяет объяснить эксперименты Меррилла и Вебба об аномальном рассеянии электронов в газовой плазме.
В качестве причины возникновения этих проблем Власов указывает на дальнодействующий характер кулоновских сил.
Уравнения Власова — Максвелла
Затем, вместо описания взаимодействия заряженных частиц в плазме посредством столкновений, предлагается использовать самосогласованное поле, созданное заряженными частицами плазмы. Для этого описания вводятся функции распределения электронов и (положительных) ионов плазмы. Вместо уравнения Больцмана Власов предлагает использовать следующую систему уравнений для описания заряженных компонент плазмы (электронов и положительных ионов):
Здесь e — заряд электрона, c — скорость света, и — самосогласованное электрическое и магнитное поле, созданное в точке в момент времени t всеми заряженными частицами плазмы. Существенное отличие этой системы уравнений от уравнений движения заряженных частиц во внешнем электромагнитном поле в том, что само самосогласованное электромагнитное поле сложным образом зависит от функций распределения ионов и электронов.
Уравнения Власова — Пуассона
Уравнения Власова — Максвелла являются системой нелинейных интегро-дифференциальных уравнений. Если флуктуации функций распределения относительно равновесного состояния невелики, эта система уравнений может быть линеаризована. Линеаризация даст систему уравнений Власова — Пуассона, описывающую динамику плазмы в самосогласованном электрическом поле. Уравнения Власова — Пуассона являются системой уравнений Власова для каждой компоненты плазмы (рассматриваем нерелятивистский предел):
и уравнения Пуассона для самосогласованного электрического поля:
Здесь qα — электрический заряд и mα — масса частиц плазмы, — самосогласованное электрическое поле, — потенциал самосогласованного электрического поля и ρ — плотность электрического заряда.
Примечания
- ↑ А. А. Власов. О вибрационных свойствах электронного газа // Журнал экспериментальной и теоретической физики. — 1938. — Т. 8 (3). — С. 291.
- ↑ А. А. Власов. Теория вибрационных свойств электронного газа и ее приложения // Уч. зап. МГУ. — 1945. — В. 75. Кн. 2. Ч. 1.
Литература
- И. П. Базаров, П. Н. Николаев. Анатолий Александрович Власов. — Физический факультет МГУ. — М.: 1999. — С. 19—26. — (Выдающиеся учёные физического факультета МГУ). — Подробное обсуждение уравнений Власова.
Wikimedia Foundation. 2010.