极端条件下等离子体的若干性质研究
宇宙中99％以上的可见物质以等离子体形态存在。这种形态的物质存在于几乎所能见到的所有能量、密度范围中。例如密度小到10-3cm-3的星际等离子体。另一个极端确实密度极高的夸克-胶子等离子体。在实验室中，一些等离子体晶体在绝对零度附近存在。而一些空间等离子体所处环境温度高于109 Kelvin，并且该环境中有高能宇宙射线，其能量高于任何加速器实验室中制造出来的射线能量。这种参数的巨大跨越造成等离子体物理学的高度复杂性。一般来说，等离子体物理学研究传递电磁相互作用的等离子体。传统的研究对象是经典弱关联体系。这种体系涵盖了人类技术所能接触到的大部分领域，包括地球空间等离子体、磁约束等离子体和惯性约束等离子体等。目前来看，诸如量子等离子体，强关联等离子体存在环境都相对极端。本文把这些等离子体称为极端条件下的等离子体，并分别研究。内容如下： 1、以超冷等离子体作为研究强关联等离子体的具体对象，我们发展了一个多温准平衡态统计模型。文章首先计算了这个强关联模型中各种物质的基本热力学量。我们提出了强关联体系中的一种三体复合方式，并且分析了超冷等离子体发展过程中，各种物理过程的时间尺度。它直接的结果是，不同量子数的原子具有不同的温度。在超冷等离子体寿命内，这些温度维持不变。理论计算得到的原子随量子数的分布、重新复合得到的原子总数、电子温度等都和实验结果相符。 2、我们首先指出，P. K. Shukla和K. Avinash[197]的方法不能得到超冷等离子体能发生相变的结论。文章采用分法求极值，不预设更多物理前提，给出了这种具有Yukawa相互作用的强耦合等离子体能发生相变的证明。证明过程同时表明，Debye半径增加后，相变变得容易。我们计算了相变的临界指标，发现它们和由平均场理论给出的结论相同。由此，本文的方法本质上也是一个平均场理论。这种方法同时能给出两相共存时，表面或界面张力的计算方案。 3、我们以弱关联、电子呈简并态，离子呈非简并态的等离子体作为研究对象。由Dirac方程出发，我们发展了一套包含自旋–轨道耦合效应的量子流体模型。该模型提供了一个类似于磁场的有效场。在强辐射环境中，这个有效场对等离子体的影响大于Bohm势。我们发现，在等离子体中传播的横电磁波和Langmuir波能产生类共振效应，当两种波的频率相同时，电子自旋会呈周期性有序排列。随着频率查增加，自旋震荡变成行波。当两者频率差的倒数接近自旋反转的弛豫时间时，有序排列猝灭。
超冷等离子体;极端条件;多温准平衡态;强关联模型
华中科技大学
博士
光学
成泽
2014
中文
O53
108
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）