Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
Декан радиофизического факультета
профессор ___________ С.Н. Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ПЛАЗМЕ"
для направления 511500 - Радиофизика
(цикл специальных дисциплин)
и
и для специальностей
071500 - Радиофизика и электроника
(цикл специальных дисциплин)
Н.Новгород - 2001

1. Организационно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки бакалавров и магистров радиофизики, а также специалистов по радиофизической специальности "Радиофизика и электроника". Курс "Электромагнитные волны в плазме" читается в 8-9 семестрах и является одним из завершающих разделов теоретической физики. Он базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах общей физики, математического анализа, дифференциальных уравнений, теории вероятностей, классической (теоретической) механики и квантовой механики.
    Цель курса - систематическое изложение основ теории электромагнитных волновых процессов в полностью или частично ионизированной плазме применительно к проблемам распространения излучения (как малой, так и большой мощности) в естественных и лабораторных условиях, излучения и использование плазмы в различных приложениях.
    В процессе изучения курса студенты должны познакомиться с различными методами описания плазмы в волновых полях и усвоить основные сведения из области линейной теории волн различных типов и их нелинейного взаимодействия и самовоздействия.

2. Содержание курса.

I. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, ТИПИЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМЫ.

1.1 Параметры лабораторной, ионосферной и космической плазмы.
1.2. Основные процессы, управляющие балансом частиц в плазме: ионизация, рекомбинация, прилипание, диффузия. Плазма в состоянии термодинамического равновесия. Формула Саха.
1.3. Квазинейтральность, радиус дебаевского экранирования. Условия идеальности плазмы.
1.4. Собственные колебания плазмы, ленгмюровская частота.
1.5. Кулоновские соударения частиц в плазме, соударения с атомами и молекулами, их простейшие характеристики.
1.6. Элементарная теория взаимодействия плазмы с переменным полем, диэлектрическая проницаемость "холодной" изотропной плазмы.
1.7. Равенство действующего и среднего макроскопического полей в плазме.

II. НЕЛОКАЛЬНОСТЬ МАТЕРИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИСПЕРСИЯ В ИЗОТРОПНОЙ ПЛАЗМЕ С КОНЕЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ЭЛЕКТРОНОВ (ЛИНЕЙНОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ).

2.1. Феноменологический подход к явлениям временной и пространственной дисперсии. Общая линейная связь векторов электрической индукции и напряженности поля. Тензор диэлектрической проницаемости для гармонических полей в общем случае. Вид материального уравнения в случае слабой пространственной дисперсии. Поперечная и продольная волны в изотропной плазме.
2.2. Гидродинамическое описание электронных колебаний и волн в плазме. Пространственная дисперсия как следствие теплового движения электронов.
2.3. Кинетическое уравнение. Метод самосогласованного поля. Уравнения для моментов функции распределения.
2.4. Линеаризованное кинетическое уравнение для плазмы в переменном поле. Расчет тензора диэлектрической проницаемости на основе кинетического описания. Дисперсионное уравнение для продольной волны. Затухание Ландау и пучковая неустойчивость.

III. ИОННО-ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В ПЛАЗМЕ.

IV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В НЕОДНОРОДНОЙ ПЛАЗМЕ.

Плазма с резкой и размытой границей. Линейная трансформация волн при наклонном падении.

V. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПЕРЕМЕННЫХ ПОЛЕЙ С ПЛАЗМОЙ.

5.1. Нелинейные ионно-звуковые волны в изотропной плазме. Простая волна, стационарная волна, солитон.
5.2. Нелинейное взаимодействие волн и частиц. Нелинейное затухание Ландау. Квазилинейное приближение для волн со случайной фазой.
5.3. Механизмы "усредненной" нелинейности, связанные с деформацией пространственного распределения плазмы: нагрев, ионизация, пондеромоторные силы.
5.4. Проявления стрикционной нелинейности: самофокусировка волн, модуляционная неустойчивость.
5.5. Динамика и структура высокочастотного разряда. Основные типы его мелкомасштабной неустойчивости.

Лабораторные занятия по курсу (8 семестр, 16 часов).

1. Электрический зонд в плазме.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Промежуточный контроль: зачет в конце 8-го семестра.

Итоговый контроль: экзамен в конце 9-го семестра.

5. Учебно-методическое обеспечение курса.

5.1. Рекомендуемая литература (основная).

1. Александров А.Ф., Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Основы электродинамики плазмы. М.: Высшая школа, 1988, 424 с.
2. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука, 1988, 304 с.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977.
2. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967, 684 с.
3. Кролл Н., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975, 528 с.

Составитель программы:
профессор В.Б.Гильденбург
Зав. каф. электродинамики,
академик РАН, профессор В.И. Таланов