塵埃等離子體是一種含有塵埃顆粒的復雜等離子體系統。帶電塵埃顆粒受到等離子體以及電磁力的作用，會顯著地改變等離子體的許多性質并產生很多新的物理過程和現象。塵埃等離子體在空間物理、電波傳播、半導體芯片加工等領域有著重要的影響。本書全面介紹塵埃等離子體的基礎知識和研究前沿進展，詳細介紹其基本概念、產生方式及診斷方法，分析塵埃顆粒與等離子體相互作用動力學過程，建立塵埃等離子體的流體模型、動理論模型、輸運模型及其對電磁波的吸收模型，分析直流輝光放電塵埃等離子體、極區中層頂塵埃等離子體的重要特征及性質。
發表論文100余篇，SCI收錄98篇，SCI引用523次，其中他引406次。申請發明專利6項，授權3項，先后完成國家自然科學基金、國家重大基礎研究項目 "973"子專題等多項課題
目錄
前言
第1章 塵埃等離子體基本概念 1
1.1 塵埃等離子體概述 1
1.2 塵埃等離子體的基本性質 3
1.2.1 塵埃等離子體德拜半徑 4
1.2.2 塵埃等離子體頻率 5
1.2.3 塵埃等離子體庫侖耦合系數 7
1.3 塵埃等離子體的產生 7
1.3.1 自然界中的塵埃等離子體 7
1.3.2 人工產生的塵埃等離子體 9
參考文獻 12
第2章 塵埃顆粒與等離子體相互作用動力學 15
2.1 孤立塵埃顆粒充電過程 15
2.2 非孤立塵埃顆粒充電過程 18
2.3 離子-中性粒子碰撞對塵埃顆粒充電過程的影響 21
2.4 帶電塵埃顆粒與等離子體碰撞動力學過程 25
2.4.1 基礎理論和物理模型 25
2.4.2 數值計算結果及討論 26
2.5 中性粒子對帶電粒子相互作用的影響 27
2.6 塵埃等離子體電磁參量理論 30
2.6.1 各向同性塵埃等離子體的介電常數模型 32
2.6.2 塵埃等離子體的復磁導率 38
2.6.3 塵埃等離子體的復電導率 40
參考文獻 41
第3章 直流輝光放電塵埃等離子體流體模型 44
3.1 塵埃等離子體流體模型方程組 45
3.2 直流氬氣輝光放電等離子體模型 46
3.2.1 氬氣放電等離子體的化學反應 46
3.2.2 仿真模型邊界條件設置 48
3.2.3 模型穩定性處理 49
3.3 直流輝光放電塵埃等離子體參量仿真 50
3.3.1 一維軸對稱模型的仿真 50
3.3.2 二維軸對稱模型的仿真 57
參考文獻 62
第4章 塵埃等離子體動理論模型 63
4.1 塵埃等離子體局域動理論方程 64
4.2 塵埃等離子體非局域動理論方程 65
4.3 塵埃顆粒對等離子體電子能量分布函數的影響 67
4.4 塵埃顆粒對等離子體輸運和電離過程的影響 69
4.5 火箭噴焰塵埃等離子體的動理論模型 72
4.5.1 火箭噴焰塵埃等離子體簡介 72
4.5.2 火箭噴焰塵埃等離子體的動理論方程 73
4.5.3 火箭噴焰塵埃等離子體的電子能量分布函數 76
4.5.4 火箭噴焰塵埃等離子體的電磁參量 78
參考文獻 82
第5章 塵埃等離子體輸運模型 84
5.1 塵埃等離子體輸運模型的基本方程組 84
5.1.1 電子的輸運方程 86
5.1.2 離子的輸運方程 87
5.1.3 帶電塵埃顆粒的輸運方程 88
5.2 塵埃等離子體的雙極性擴散模型 89
5.2.1 普通等離子體中雙極性擴散方程 89
5.2.2 塵埃等離子體中雙極性擴散方程 90
5.3 塵埃等離子體的多極性擴散模型 91
5.4 帶電塵埃顆粒對等離子體輸運系數的影響 93
5.4.1 電子、離子與中性粒子碰撞的動量轉移頻率 93
5.4.2 電子、離子與塵埃顆粒碰撞的動量轉移頻率 95
5.4.3 氣體放電中帶電塵埃顆粒對電子、離子輸運系數的影響 96
5.4.4 極區中層頂帶電塵埃顆粒對電子、離子輸運系數的影響 98
參考文獻 100
第6章 直流輝光放電塵埃等離子體輸運理論 101
6.1 直流輝光放電塵埃等離子體的輸運模型 101
6.2 帶電塵埃顆粒對等離子體輸運影響的評判標準 105
6.3 帶電塵埃顆粒對直流輝光放電等離子體輸運過程的影響 108
6.3.1 帶電塵埃顆粒對電子、離子密度空間分布的影響 108
6.3.2 帶電塵埃顆粒對電子、離子流量密度分布的影響 111
6.3.3 帶電塵埃顆粒對電場空間分布的影響 112
6.4 帶電塵埃顆粒對直流輝光放電等離子體電子溫度的影響 114
參考文獻 115
第7章 直流輝光放電中帶電塵埃顆粒輸運過程 116
7.1 帶電塵埃顆粒的受力分析 116
7.1.1 電場力 117
7.1.2 離子曳力 117
7.1.3 中性曳力 118
7.2 直流輝光放電等離子體中帶電塵埃顆粒輸運模型 118
7.2.1 帶電塵埃顆粒輸運模型方程 118
7.2.2 模型建立及計算條件設置 119
7.3 塵埃顆粒在直流輝光放電等離子體中輸運過程的模擬結果 120
7.3.1 放電電流對帶電塵埃顆粒輸運過程的影響 121
7.3.2 塵埃顆粒尺寸對帶電塵埃顆粒輸運過程的影響 128
參考文獻 132
第8章 塵埃等離子體中電磁波傳輸與散射 133
8.1 塵埃等離子體對電磁波的吸收 133
8.1.1 物理模型的建立 133
8.1.2 計算結果 135
8.2 塵埃顆粒對電磁波傳輸的影響 137
8.2.1 塵埃顆粒帶電量對電磁波傳輸的影響 137
8.2.2 塵埃顆粒尺寸對電磁波傳輸的影響 139
8.2.3 塵埃顆粒密度對電磁波傳輸的影響 141
8.2.4 塵埃等離子體厚度對電磁波傳輸的影響 142
8.3 塵埃等離子體電磁波吸收地面實驗 144
8.3.1 實驗裝置 144
8.3.2 實驗測量方法 145
8.3.3 實驗數據結果分析與討論 147
8.4 塵埃等離子體的非相干散射理論研究 148
8.4.1 等離子體非相干散射理論基礎 148
8.4.2 塵埃等離子體非相干散射譜 153參考文獻 158
第9章 極區中層頂塵埃等離子體動力學過程 160
9.1 中層頂塵埃等離子體研究現狀 160
9.2 極區中層頂塵埃等離子體動力學模型 162
9.2.1 基本物理模型 162
9.2.2 模型數值求解方法 164
9.2.3 計算結果 165
9.3 實驗觀測數據分析 169
9.3.1 探空火箭歷史資料 169
9.3.2 PMSE連續實驗觀測 170
9.3.3 PMSE方向敏感性實驗研究 171
9.4 冰晶顆粒的生長和運動模型 173
9.5 極區中層頂塵埃等離子體輸運模型 176
9.6 冰晶顆粒的速度和運動軌跡 179
9.7 冰晶顆粒密度和半徑分布對等離子體分布的影響 181
9.7.1 下邊界附近冰晶顆粒參數分布 181
9.7.2 上邊界附近冰晶顆粒參數分布 184
9.8 塵埃等離子體密度結構空間尺度影響因素 188
9.8.1 中性風速度對塵埃等離子體密度結構空間尺度的影響 188
9.8.2 水分子密度對塵埃等離子體密度結構空間尺度的影響 190
9.8.3 海拔高度對塵埃等離子體密度結構空間尺度的影響 192
參考文獻 194
第10章 塵埃等離子體診斷 197
10.1 無碰撞鞘層圓柱形探針模型 197
10.2 塵埃等離子體探針診斷結果 203
10.3 機器學習改進朗繆爾探針診斷 211
10.3.1 塵埃等離子體改進探針診斷實驗 212
10.3.2 塵埃等離子體診斷機器學習方法 215
10.3.3 塵埃等離子體改進探針診斷結果分析 218
10.4 塵埃等離子體的發射光譜診斷 225
10.4.1 一般等離子體發射光譜診斷介紹 225
10.4.2 塵埃等離子體發射光譜診斷方法 228
10.4.3 發射光譜診斷結果 232
參考文獻 240
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