等离子体物理导论-刘万东

计算物理学

计算物理学 1、书名：计算物理学第2版 书名(英文)：Computational Physics 2nd ed. 作/译者：J. M. Thijssen 定价：89.00 现价：89.00 ISBN：978-7-5100-3290-5 《计算物理学(英文版)(第2版)》是一部理论物理研究的计算方法的教程。这是第二版，在第一版的基础上做了大量的更新，内容更加全面。新增加的部分包括，有限元方法，格点boltzmann模拟，密度函数理论，量子分子动力学，monte carlo 模拟和一维量子系统的对角化。书中囊括了了物理研究的很多不同方面和不同计算方法论。如monte carlo方法和分子模拟动力学以及各种电子结构方法论，偏微分方程解方法，格点规范理论。全书都在强调不同物理场中的方法之间的关系，内容较为简洁明快，具有基本编程，数值分析，场论以及凝聚态理论和统计物理的本科知识背景就可以完全读懂《计算物理学(第2版)》。不管是理论物理，计算物理还是实验物理专业的研究生还是科研人员，《计算物理学(第2版)》都相当有参考价值。目次：导论；具有球对称势的量子散射；schrdinger方程的变分大法；hartree-fock方法；密度函数理论；周期性固态schr.dinger方程解法；经典平衡态统计力学；分子动力学模拟；量子分子动力学；monte carlo方法；变换矩阵和自旋链的对角化；量子monte carlo方法，偏微分方程的有限元方法，流体力学的lattice boltzmann方法，格点场论的计算方法；高效能计算和并行法；附：数值法；随机数发生器。 读者对象：物理专业，包括理论物理，计算物理，实验物理的高年级本科生，研究生和相关的科研人员。 2、书名：计算物理学导论第2版 书名(英文)：An Introduction to Computational Physics 2nd ed. 作/译者：Tao Pang 定价：69.00 现价：69.00 ISBN：978-7-5100-3520-3 出版时间：2011.08 《计算物理学导论(第2版)》是一部本科生和低年级研究生学习计算物理的教程。这是第二版，将第一版做了全面的更新和修订，改进后的课程不仅提供了学习计算物理学的基本方法，也全面介绍了计算科学领域的最新进展。书中讲述了许多具体例子，包括现代物理和相关领域的数值方法实践计算。每章末有练习题。《计算物理学导论(第2版)》不仅是一部教程，更是相关计算领域的一本很好的参考书。目次：绪论；函数逼近；数值微积分；基础数值法；常微分方程；矩阵数值法；光谱分析法；偏微分方程；分子动力学模拟；模拟连续系统；蒙特卡罗模拟；遗传算法和程序；数值重正化。 ，易于理解。

计算物理的发展与应用

物理学前沿论文（设计）论文题目：计算物理学的发展与应用 学生姓名：袁强 学号：2012118504147 院系：信息系 班级：电子信息1212班 完成日期：2013年12月11日

目录 一、计算机物理学的定义 (1) 二、计算物理学的发展与现状 (1) 三、计算物理学的应用 (2) （一）计算机在物理学中的应用 (2) 1.计算机数值分析 (2) 2.实验数据处理 (2) 3.计算机模拟 (2) 4.计算机符号处理 (2) （二）计算机在其他方面的应用 (2) 四、总结 (3) 参考文献 (4)

计算物理学的发展与应用 摘要 计算物理学是伴随着电子计算机的出现和发展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。它是以电子计算机为工具,应用数学的方法,解决物理问题的应用科学。它是物理、数学和计算机三者结合的产物。计算物理学起源于第二次世界大战期间美国对核武器的研制,它是由于核科学技术的需要而产生,并且随着电子计算机的发展而发展。现在这门科学已广泛地应用于其他领域。本文就其发展和应用领域，阐述了计算物理在物理学中的重要性和作用。 关键词：计算物理学发展应用领域

The development and application fields of Computational physics Abstract Computational physics is along with the emergence and development of the electronic computer and gradually formed a new edge discipline.it was based on the electronic computer as the tool,applied mathematics,the method of the application to solve the problem of physical science.It is the product of physics,mathematics,and computer https://www.wendangku.net/doc/a05322950.html,putational physics originated during the second world war the United States for the development of nuclear weapons,it is produced due to the need of nuclear science and technology,and develops with the development of the electronic computer.now the science has been widely used in other areas.In this paper,the development and the application field,this paper expounds the importance of computational physics in physics and function. Key word:computational physics application fields develop

等离子体物理基础期末考试含答案

版权所有，违者必究！！ 中文版低温等离子体作业 一. 氩等离子体密度103 210n cm -=?, 电子温度 1.0e T eV =, 离子温度0.026i T eV =, 存 在恒定均匀磁场B = 800 Gauss, 求 （1） 德拜半径； （2） 电子等离子体频率和离子等离子体频率； （3） 电子回旋频率和离子回旋频率； （4） 电子回旋半径和离子回旋半径。 解：1、1/2302 ( )8.310()e i D e i T T mm T T ne ελ-==?+， 2、氩原子量为40， 221/21/2 00()8.0,()29pe pi e i ne ne GHz MHz m m ωωεε====， 3、14,0.19e i e i eB eB GHz MHz m m Ω= =Ω== 4、设粒子运动与磁场垂直 2 4.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===?=== 二、一个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为22 0()(1/)B z B z L =+，并满 足空间缓变条件。 求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。 （2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。 解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得 22001122m m mv mv B B ⊥⊥ = ，即0m v ⊥⊥= （1） 当粒子能被约束时，由粒子能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒子能被约束住的条件是在磁镜 中央，粒子速度满足002 v v ⊥≥ 2 、逃逸粒子百分比20 1 sin 129.3%2P d d π θ ?θθπ = ==?? （2）

中科院等离子体物理研究所2005——2010年发表论文统计分析(简版)

中科院等离子体物理研究所 2005——2010年发表论文统计分析（简版） 等离子体所综合办文献组 采用文献计量方法，分别对等离子体所2005-2010 年间被SCIE、 EI、CNKI 收录的论文，从时间序列、学科分布、作者分布、被引次 数、发表期刊和基金支持等方面进行了统计分析。主要数据如下： 一、SCI收录引用统计分析 1. SCI发文分析 2005——2010年，等离子体所发表论文被SCI收录的有1167篇，基本呈上升趋势，见图1。 图1 SCI各年收录论文数量图 年份2005 2006 2007 2008 2009 2010 总论文数 论文数151 187 190 161 211 267 1167 2. 发文学科分析 从发表论文的主题类别来看，这期间，等离子体所发表论文主要集中在“等离子体物理”、“核科学技术”、“材料科学”等领域。其中以“等离子体流体物理”和“核科学技术”最多，论文数量占总数量的56.8 %。 3. 发文第一作者排名 此排名是在剔除第一单位机构为非等离子体所的论文之后，再对第一作者进行发文统计。见图2

图2 2005年——2010年，SCI收录论文第一作者TOP10排名 4. 发文收录期刊统计 2005——2010年，等离子体所的论文发表主要集中在以下几种期刊，见图3。其中发表在《PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY》的期刊论文最多，共263篇，占总数的22.5 %。 图3 2005年——2010年，SCI收录论文来源出版物前5名

5. 发文主要期刊影响因子 等离子体所发文的五种主要期刊影响因子，及其在各自学科领域的排名见图4。《PLASMA SCIENCE AND TECHNOLOGY》是等离子体所编辑出版的专业期刊，其影响因子从2005年以来，基本保持逐年上升。 图4 2005年——2010年间SCI收录论文主要来源期刊及影响因子 除2008年以外的其他各年，SCI收录论文的被引总频次基本处于上升状态，篇均被引频次也呈上升趋势。侧面反映出，从2005年——2010年，SCI 收录的我所论文，不但数量逐年在增加，论文质量也有相应的提高。其中，被引频次最高为124次。 图5 2005年—2010年，各年SCI收录总数及篇均被引频次 论文篇数论文被引总次数平均每篇论文被引次数 1167 7994 6,85

关于计算物理习题

第一章绪论 1. 什么是计算物理？计算物理与计算数学有何不同？ 答：计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段，运用计算数学的方法解决复杂物理问题的一门应用科学。计算物理是用计算机作为实现手段的实验物理或“计算机实验”，计算数学则是解决物理问题的理论基础。 2. 试阐述计算机模拟方法与理论、实验方法相比有什么特殊的优点和局限性。 答：优点：1.省时省钱 2.具有更大的自由度和灵活性 3.能够模拟极端条件下的实验 缺点：1、不能获得物理定律和理论公式 2、计算结果缺乏严格的论证，其结果仍需实验验证 3. 试阐述计算物理学和实验物理及理论物理的关系？计算物理在物理学研究中 主要用于什么方面？ 答： 计算物理在物理学研究中主要用于模拟实验并提供数据，用于验证理论方程还可以与实验结果对照或作为实验的参考数据。 4. 利用计算物理解决问题时，不同计算方法的选取会有什么影响？数值计算的 误差包括哪些方面？在计算中如何减小误差？ 答：不同的方法选取会影响到计算的时间长短和计算结果的正确性。数值计算的误差包括：模型误差、观测误差、方法误差、舍入误差。减小误差的方式有：1.两个相近的近似数相减

时，有效数字会严重损失，实际计算时要尽量避免；2.保护重要的物理参量；3.注意计算步骤的简化，减少算术运算的次数。 5.计算物理有哪些工作步骤？ 答：1.物理机理，2.数学提法，3.离散模型，4.算法程序，5.上机计算，6.结果分析。 6. 离散化与逼近的含义是什么？收敛性与稳定性的含义。 答：离散化是为了能让计算机处理数据所做的必要步骤，逼近则是为了让结果尽量接近真值的方式。收敛性是指通过数值计算得到的近似解是否逼近数学模型的的真解这样一个性质，稳定性是指在数值计算中，误差的传播能否得到控制这样一个性质。 第二章随机数和蒙特卡洛方法 1. 随机数列的类型和产生方法？任意分布的伪随机变量的抽样方法有哪些? 答：随机数的类型有真随机数、准随机数、伪随机数，产生方法有：物理方法和数学方法。伪随机变量的抽样方法有：直接抽样法（反函数法）、变换抽样法、舍选抽样法、复合抽样法、特殊抽样法。 2. 采用线性同余法（参见公式(2.2.3)）产生伪随机数。取a=5，c=1，m=16和x0=1 记录下产生出的前20 数，它产生数列的周期是多少？ 答：6、31、156、781、3906、19531、97655、 3. 简要叙述蒙特卡洛方法的基本思想。 答：针对待求问题，根据物理现象本身的统计规律，或人为构造一合适的依赖随机变量的概率模型，使某些随机变量的统计量为待求问题的解，进行大统计量N→∞的统计实验方法或计算机随机模拟方法。 4.蒙特卡洛方法对随机数有较高的要求，然而实际应用的随机数通常都是通过某些数学公式计算而产生的伪随机数，但是，只要伪随机数能够通过随机数的一系列的统计检验，我们就可以把它当作真随机数放心使用。在产生伪随机数的方法中，有比较经典的冯·诺曼平方取中法和线性同余法，请分别写出它们的递推关系式？对于伪随机数一般需要做哪些统计检验（至少写出四个）？ 答：平方去中法：X n+1=[X n2/2r](mod22r) ξn=X n/22r 线性同余法：X i+1=a·X i+c (mod M) ξi+1=X i+1/M 伪随机数的统计检验：独立性检验和均匀性检验。 5.蒙特卡洛方法计算中减少方差的技术有哪些？

等离子体物理

在强激光等离子体相互作用中正电子束的发射 第一个测量强激光产生正电子束的装置已经制成。在不同的激光产生条件下通过测量不同的正电子能量峰值下的正电子发散和源尺寸得到发射值。对于其中一个激光产生条件，我们使用了一个空间paper-pot 技术来改善发射值。相比于使用在现在加速器上的正电子源，在100和500mm.mard之间激光产生正电子有一个几何发射。在5-20Mev能量范围中，每束 1010-1012个正电子中，这种低的束流发射度是准单能的，这可能在未来加速器中能作为替代正电子源。 最近的实验表明，在FWHM中大约20-40度的发散角下，用强短脉冲激光照射富含高Z的目标靶可以产生数量众多的准单能兆电子伏特的正电子。这个实验表明了可以使用激光产生正电子作为直线加速器中的替代源的可能性。使用激光产生正电子作为新的替代源取决于一些潜在的优势，大大减小的物理尺寸，更少的成本和束流品质的提高比如每个脉冲的粒子数，能量范围，束流发射度。这些优势正是基于激光尾场的电子加速器概念所追求的。 传统的正电子源通常包含高能量的电子束和富含Z的目标靶。例如，SLC使用了一个120 Hz, 30 GeV, 30kW的电子束和一个24mm厚，水冷却式W(90%)-Rh(10%)目标靶来产生正电子。一个两千米长的直线加速器需要产生电子驱动束。在2-20 MeV范围内，大约500mm.mrad的几何发散度下，在加速系统中 可以捕捉到每束5×1010的正电子束。在被放进加速器之前，被收集到的正电子 束要先被加速到 1.2 GeV并且被传送到一个发射制动环中。 用强激光产生正电子的同时会在高Z目标靶中产生相似的电子。用一个持续 的非常短强激光脉冲照射一个1mm厚，直径2mm的金制目标靶，产生1010-1012个 5-20MeV的准单能正电子。既然这是总电子能量其中包含了决定正电子产量的兆电子伏特电子，所以激光的功率会比激光的强度更重要。相同的物理过程在基于正电子源的的加速其中是有优势的。在BH过程中，激光产生热电子制造能产生和原子核相互作用的正负电子对的轫致辐射光子。考虑到对比每个脉冲的粒子数和粒子能量，这篇文章会阐述激光产生正电子束的几何发射度，和与在SLC 中~500mm.mard的比较结果。 几何发散度 ，被定义为，其中x和x'表示在x轴上的 粒子的位置和发散，代表一束中粒子的平均数。发散角的上限，其中和分别是原尺寸和发散角度的平方根。这篇文章说明了四个驱动激光正 电子能量6,12,17,28MeV的发射度上限。我们展示的发散度是通过1-D方法得到的。 考虑到非常小的激光焦点的结合和在20至40度范围内测量正电子束的发散，可能会预期正电子发射度可能小于10mm.mard。然而，实际的源尺寸和激光产生正电子束的发散度比预想的更大，如图1a所示。在激光中产生的热电子通过目标靶传送，所以，在目标靶任意深度中，正电子构成的区域都会比激光中焦点区域大。小部分有足够动能的正电子可以跃出目标靶并且成为有用的作为正电子源。跃出表面的正电子在目标靶背面的横向分布决定了原尺寸大小。源

计算物理学 第1章_引论

计算物理学Computational Physics 刘金远 大连理工大学物理学院 2009.6

第1章引论 计算物理学的英译文为“Computational Physics”。通常人们也把它等同于计算机物理学（computer physics）。在过去半个多世纪以来，计算物理学渗透到物理科学和工程学的各个研究方面，成为一门新兴的交叉科学。它是物理学、计算数学、计算机科学三者相结合的产物。计算物理学也是物理学的一个分支，它与理论物理、实验物理有着密切的联系，但又保持着自己相对的独立性。如果要给计算物理学做一个定义的话，我们可以采用下面这个有代表性的概括：计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段，运用计算数学的方法，解决复杂物理问题的一门应用科学。计算物理学已经对复杂体系的物理规律、物理性质的研究提供了重要手段，对物理学的发展起着极大的推动作用。 1.1计算物理学的起源和发展 19世纪中叶以前，可以说物理学还基本上是一门基于实验的科学。1862年麦克斯韦（Maxwell）将电磁规律总结为麦克斯韦方程，进而在理论上预言了电磁波的存在。这使人们看到了物理理论思维的巨大威力。从此理论物理开始成为了一门相对独立的物理学分支。以后到了20世纪初，物理学理论经历了两次重大的突破，相继诞生了量子力学和相对论。理论物理开始成为一门成熟的学科。传统意义上的物理学便具有了理论物理和实验物理两大支柱，物理学便成为实验物理和理论物理密切结合的学科。正是物理学这样的“理论与实践相结合”的探索方式，大大促进了该学科的发展，并引发了20世纪科学技术的重大革命。这个革命对人类的社会生活产生了重大影响。其中一个重要的方面就是电子计算机的发明和应用。 物理学研究与计算机和计算机技术紧密结合起始于20世纪40年代。当时正值第二次世界大战时期，美国在研制核武器的工作中，要求准确地计算出与热核爆炸有关的一切数据，迫切需要解决在瞬时间内发生的复杂的物理过程的数值计算问题。然而，采用传统的解析方法求解或手工数值计算是根本办不到的。这样，计算机在物理学研究中的应用就成为不可避免的事了，计算物理学因此得以产生。第二次世界大战之后，计算机技术的迅速发展又为计算物理学的发展打下了坚实的基础，大大增强了人们从事科学研究的能力，促进了各个学科之间的交叉渗透，使计算物理学得以蓬勃的发展。 理论物理是从一系列的基本物理原理出发，列出数学方程，再用传统的数学分析方法求出解析解。通过这些解析解所得到的结论与实验观测结果进行对比分析，从而解释已知的实验现象并预测未来的发展。实验物理是以实验和观测为基本手段来揭示新的物理现象，奠定理论物理对物理现象作进一步研究的基础，从而为发现新的理论提供依据，或者检验理论物理推论的正确性及应用范围。计算物理则是计算机科学、数学和物理学三者间新兴的交叉学科，是物

物理学一级学科硕士课程设置一览表

附表： 物理学一级学科硕士课程设置一览表(一级学科)

主要参考书目 1、近代量子光学导论李高强等科学出版社，1996年 2、高等量子力学钱诚德上交通大学出版社，1998年 3、软物质物理学导论陆坤权，刘寄星主编北京大学出版社，2006年 4、量子统计物理学北京大学物理系北京大学出版社，1987年 5、非平衡态统计理论富裕平科学出版社，1987年 6、固体物理（下）方俊鑫上海科学技术出版社，1981年 7、生物膜泡曲面弹性理论谢毓章刘寄星欧阳钟灿主编上海科技出版，2003年 8、纳尔逊著：生物物理学-能量.信息.生命，上海科技出版社，2006年 9、量子规范场论汪容科学出版社，1986年 10、物理学中的群论马中骐科学出版社，1998年 11、凝聚态物理导论冯端科学出版社，1996年 12、等离子体物理学李定等，高等教育出版社，2006年 13、等离子体理论基础胡希伟，北京大学出版社，2006年 14、恒星物理黄润乾科学出版社，1998年 15、天体光谱学[英]丁尼生，复旦大学出版社，1998年 16、恒星振动理论黄润乾李焱科学出版社，1998年 17、FORTRAN语言程序设计谭浩强清华科学出版社，2001年 18、引力论与宇宙论温伯格科学出版社，1972年 19、MATLAB程序设计刘卫国中国水利水电出版社，2005年 20、流体力学周光垌等高等教育出版社，1995年 21、光电子学基础李家泽阎吉祥北京理工大学出版社，2002年 22、非线性光学石顺祥等西安电子科技大学出版社，2003年 23、工业激光技术丘军林程祖海等华中科技大学出版社，2004年 24、激光技术蓝信钜科学出版社，2002年 25、光谱分析法郭德济重庆大学出版社，1994年 26、谱学导论范康年高等教育出版社，2001年 27、有机化合物结构鉴定与有机波谱学宁永成科学出版社，2000年 28、光纤光学廖延虎清华大学出版社，1990年28、光纤光学Jeff Hecht人民邮电出版社，2004年 30、光电测试技术范志刚电子工业出版社，2004年30、光学测试技术苏大图北京理工大学出版社，1996年

等离子体物理

等离子体物理 等离子体物理等离子体物理是研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙间的大部分物质处于等离子体状态。例如：太阳中心区的温度超过一千万度，太阳中的绝大部分物质处于等离子体状态。地球高空的电离层也处于等离子体状态。19世纪以来对于气体放电的研究、20世纪初以来对于高空电离层的研究，推动了等离子体的研究工作。从20世纪50年代起，为了利用轻核聚变反应解决能源问题，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。 本书比较系统地介绍了等离子体物理的基本概念、基本原理和描述问题及处理问题的方法。书中着重突出物理概念和物理原理，也有必要的数学描述和推导。全书共7章，内容包括：聚变能利用和研究进展、等离子体基本性质及相关概念、单粒子轨道理论、磁流体力学、等离子体波、库仑碰撞与输运过程和动理学方程简介。这些内容都是从事核聚变和等离子体物理及相关学科研究人员所必需的，也是进一步学习核聚变与等离子体物理及相关学科专业课程的重要基础。为教学使用和学生学习方便，本书编有附录和习题，供查阅选用。 本书适合于核聚变、等离子体物理、空间物理以及基础和应用等离子体物理方向的高年级本科生、研究生和研究人员使用。 第1章聚变能利用和研究进展 本章先介绍聚变反应、聚变能利用原理、聚变能利用条件、

实现聚变能利用的途径、方法和当前研究的进展，为学习等离子体物理提供一个背景和讨论的平台。然后介绍等离子体的性质、特点和研究方法。 1.1 聚变反应和聚变能 1.聚变反应的发现 19世纪末，放射性发现之后，太阳能的来源很快地被揭开。英国化学家和物理学家阿斯顿(Aston)利用摄谱仪进行同位素研究，他在实验中发现，氦-4质量比组成氦的2个质子、2个中子的质量之和大约小1％(质量亏损)。这一质量亏损的结果为实现核聚变并释放能量提供了实验依据。同一时期，卢瑟福也提出，能量足够大的轻核碰撞后，可能发生聚变反应。 1929年英国的阿特金森（R.de Atkinson）和奥地利的胡特斯曼（F.G.Hout-ersman）证明氢原子聚变为氦的可能性，并认为太阳上进行的就是这种轻核聚变反应。 1932年美国化学家尤里（Urey）发现氢同位素氘（重氢，用D表示），为此，1934年他获得诺贝尔化学奖。

等离子体物理思考题参考050718讲解

思考题 1.1 电离气体一定是等离子体吗？反过来呢？ 答：电离气体不一定是等离子体，反过来也不一定。 1.2 试就高温、低温、高密度、低密度等离子体各举一例。 答：磁约束受控热核聚变等离子体是高温等离子体，电弧等离子体是低温等离子体，太阳内部等离子体是高密度等离子体，电离层等离子体是低密度等离子体。 1.3 德拜屏蔽效应一定要有异性离子存在吗？ 答：不一定，完全由电子构成的非中性等离子体也具有德拜屏蔽效应。 1.4 用电子德拜长度表示等离子体的德拜长度的前提是什么？ 答：主要是所考虑问题的时间尺度应小于离子的响应时间，离子不能响应。 1.5 由于德拜屏蔽，带电粒子的库仑势被限制在德拜长度内，这是否意味着 粒子与德拜球外粒子无相互作用？为什么？ 答：有，但是表现为集体相互作用，实际上屏蔽本身可以视为相互作用的传递过程，粒子对德拜球外的粒子的相互作用，通过周围屏蔽粒子的传递而作用。 1.6 对于完全由同一种离子构成的非中性等离子体，能够有德拜屏蔽的概念 吗？ 答：同样有，但此时是指在平衡状态下，系统对电扰动的屏蔽作用。 1.7 常规等离子体具有不容忍内部存在电场的禀性，这是否意味着等离子体 内部不可能存在很大的电场，为什么？ 答：不一定，在小于德拜长度的空间尺度中，可以存在局域很强的电场，在比等离子体特征响应时间小的时间尺度中，可以存在瞬时的强电场。 1.8 在电子集体振荡的模型中，若初始时不是所有电子与离子产生分离而是 部分电子，则振荡频率会发生变化吗？如果变化，如何解释？ 答：从方程上看，此时的振荡频率似乎会减小，即将电子密度换成分离电子密度，如果这样，集体振荡频率就不是等离子体的一种特征频率，因为与振荡扰动的幅度相关。但事实上这样处理是不对的，部分电子与离子分离的情况应用此模型无法进行。因为当部分电子分离时，未分离的电子同样会运动，使得电场会增大，结果使振荡频率仍然是等离子体频率。 1.9 粒子之间的碰撞是中性气体中粒子相互作用的唯一途径，在等离子体中

等离子体物理学

等离子体物理学的方法 二. 等离子体的物理特性 等离子体定义为包含大量正负带电粒子、而又不出现净空间电荷的电离气体。等离子体有一系列不同于普通气体的特性： （1）高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。 （2）带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。 （3）宏观上是电中性的。 描述等离子体的一些主要参量为： （1）电子温度。它是等离子体的一个主要参量，因为在等离子体中电子 碰撞电离是主 要的，而电子碰撞电离与电子的能量有直接关系，即与电子温度相关联。 （2）带电粒子密度。电子密度为，正离子密度为，在等离子体中。

（3）轴向电场强度。表征为维持等离子体的存在所需的能量。 （4）电子平均动能。 （5）空间电位分布。 本实验研究的是辉光放电等离子体。 1.21带电粒子在均匀恒定磁场和电场中的电漂移（如图3所示）： 由电漂移速度公式 ⑵知，带电粒子漂移方向垂直于磁场B 和电场E ，漂移速度的大小与粒子电荷的符号以及粒子的质量都无关，因此，所有正负带电粒子都以相同的速度朝同一方向漂移，不会引起电荷分离，也就不会出现漂移电流。 图2:均匀磁场中带电粒子的回旋图图3：带电粒子电漂移 1.22带电粒子在均匀恒定磁场中重力漂移（如图4所示）： 它是由于粒子在重力场中得到和损失能量时所引起的回旋半径的变化。重力漂移速度与粒子电荷符号有关，正负电荷朝相反的方向漂移，因此会产生电荷分离，引起漂移电流。其他非电性力也有同样的性质。另外，重力漂移速度大小与粒子质量有关，粒子质量越大，漂移速度越大。在许多情况下，重力引起的漂移是可以忽略不计的。

图4：重力漂移 1.3带电粒子在非均匀恒定电磁场中的运动【12】 变化的磁场是指磁场空间分布的非均匀性和磁场随时间的变化，这时粒子的运动方程为： ⑶由于 B 是空间坐标和时间的函数，方程是非线性的，在一般情况下难于求得解析解。然而，如果当回旋半径，螺旋轨道的螺矩远小于非均匀性的特征长度，带电粒子回旋周期远小于场变化的特征时间，即满足所谓的缓变条件能近似地求解运动方程。所以，只要弄清引导中心的漂移运动的性质，就能了解粒子运动的整体特性。这样一种近似处理方法叫做漂移近似。人们广泛利用这种近似来描述强磁场中等离子体的行为。带电粒子在变化磁场中的运动中主要有梯度漂移，曲率漂移： 1.31由磁场梯度引起的梯度漂移（如图5所示） 有关，同时，与电荷符号有关，正负电荷梯度漂移速度与粒子横向动能w ⊥ 将沿相反方向漂移，引起电荷分离，并产生漂移电流。 图5：梯度漂移 1.32带电粒子的曲率漂移（图6所示） 设磁力线有轻微的弯曲，磁力线的曲率半径 R 远大于粒子的回旋半径，且满足缓变条件，带电粒子以速度υ沿磁力线运动，同时绕着磁力线

中国科学院等离子体物理研究所

中国科学院等离子体物理研究所 2005——2010年发表论文统计分析 等离子体所综合办文献组 一、数据来源及分析方法 （一）数据来源 1、SCI:Science Citation Index,《科学引文索引》是由美国科学信息研究所（ISI）1961 年创办的引文数据库，覆盖数、理、化、工、农、林、医学及生物学等广泛的学科领域, 是目前国际上三大检索系统中最著名的一种。尤其是它的引文索引表现出独特的科学参考价值，许多国家和地区均以被SCI 收录及引证的论文情况作为评价学术水平的一个重要指标。 2、EI: EI数据库是由ELSEVIER ENGINEERING INFORMATION 公司出版，为工程类文摘数据库，收录期刊、会议论文、技术报告等的文摘，是工程技术领域权威检索工具，国际上三大检索系统之一。 3、CNKI: CNKI中的《中国学术期刊网络出版总库》是目前世界上最大的连续动态更新的中国期刊全文数据库，收录国内8200多种重要期刊，内容覆盖自然科学、工程技术、农业、哲学、医学、人文社科等各个领域；核心期刊收全率达到99%，内容收录完整率在99%。 （二）分析方法 1、外文论文，选择SCI、EI为数据源，采用文献计量统计分析方法，分别从发文数量、第一作者、发文期刊以及研究课题趋势等方面，对2005年—

2010年，等离子体所发表的外文论文进行分析。SCI、EI两个数据库的搜索结果会有一定的重复，本报告不单独列出，只是分别对SCI和EI数据库的检索结果进行统计分析。 2、中文论文，以CNKI中的《中国学术期刊网络出版总库》、《中国重要会议论文全文数据库》、《国际会议论文全文数据库》、《中国专利全文数据库》为数据来源，采用文献计量统计分析方法，分别从学科类别、出版物来源、被引频次等方面，对2005年——2010年，等离子体所发表的中文论文进行统计分析。 二、主要统计分析结果 （一）S CI收录引用统计分析 1、文献检索方法 检索地址=(inst* plas* phys* and (acad* sin* or chin* acad* sci* or cas or 230031 or hefei)) 时间跨度=2005—2010. 数据库=SCI-EXPANDED, CPCI-S, CCR-EXPANDED（Current Chemical Reactions）, IC. 查获文献量：1167篇 2、SCI收录统计分析 （1）SCI发文分析 从发表的论文数量来看，2005——2010年，等离子体所发表论文被SCI收录的有1167篇，基本呈上升趋势（见图1）。从2005年收录发表论文的151篇，到2010年收录发表论文的267篇，SCI收录论文数量增长了176.8%。

等离子体物理

等离子体物理 等离子体物理学是研究等离子体形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙中的大部分物质都存在于等离子体中。例如，当太阳中心的温度超过1000万度时，太阳的大部分质量处于等离子体状态。地球上空的电离层也处于等离子体状态。19世纪以来对气体放电和20世纪初以来电离层的研究推动了等离子体的研究。自20世纪50年代以来，为了利用轻核聚变反应解决能源问题，等离子体物理的研究蓬勃发展。 1图书信息 书名: 等离子体物理 作者：郑春开 出版社：北京大学出版社 出版时间：2009-7-1 ISBN: 9787301154731 开本：16开 定价: 25.00元 2内容简介 本书比较系统地介绍了等离子体物理的基本概念、基本原理和描述问题及处理问题的方法。书中着重突出物理概念和物理原理，也有必要的数学描述和推导。全书共7章，内容包括：聚变能利用和研究进展、等离子体基本性质及相关概念、单粒子轨道理论、磁流体力学、等离子体波、库仑碰撞与输运过程和动理学方程简介。这些内容都是

从事核聚变和等离子体物理及相关学科研究人员所必需的，也是进一步学习核聚变与等离子体物理及相关学科专业课程的重要基础。为教学使用和学生学习方便，本书编有附录和习题，供查阅选用。 本书适合于核聚变、等离子体物理、空间物理以及基础和应用等离子体物理方向的高年级本科生、研究生和研究人员使用。 3图书目录 第1章聚变能利用和研究进展 1.1 聚变反应和聚变能 1.聚变反应的发现 2.聚变的燃料资源丰富 3.聚变反应是巨大太阳能的来源 1.2 聚变能利用原理 1.聚变能利用的困难 2.受控热核反应条件——劳森判据与点火条件 1.3 实现受控热核反应的途径 1.磁约束——利用磁场约束等离子体 2.惯性约束——激光核聚变 1.4 磁约束原理及其发展历史 1.磁镜装置 2.环形磁场装置 3.托卡马克装置进展 1.5 惯性约束——激光核聚变

大学计算物理学---绪论

计算物理学研究如何使用数值方法解决已经存在定量理论的物 理问题。在物理学中，大量的问题是无法严格求解的。有的问题是因为计算过于复杂，有的问题则根本就没有解析解。比如，经典力学中，三体以上问题，一般都无法求解。量子力学中，哪怕是单粒子问题，也只有在少数几种简单势场中的运动可以严格求解。因此，在现代物理中，数值计算方法已变得越来越重要。计算物理与理论物理和实验物理相互依存相互补充，是物理学不可缺少的三大板块之一。计算物理常用软件有Matlab,Mathematica和Maple。 常见研究问题 积分的计算，常微分方程的解算，蒙特卡罗法，有限元分析，本征值问题。凝聚态物理学中常见的数值计算方法：密度矩阵重整化群、量子蒙特卡罗法、精确对角化法

理论物理是分析的科学，它从一系列的基本原理和基本假设出发，列出相应的数学方程，运用传统的或现在的数学方法求出问题的显式解析解，用这些解析解的结论去解释物理现象，预见新的现象，指导实验。实验物理是从实验观测出发，发现新的物理现象，为理论物理提供总结新的物理规律的素材，检验理论物理的假设或理论物理预言的正确程度和适用范围等。 计算物理是伴随着电子计算机的出现和发展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。是以电子计算机为工具、采用数学方法解决物理问题的应用科学。是物理、数学和计算机三者相结合的产物。 现在流行的数学工具软件，如Maple，Matlab，Mathematica，已将绝大多数数值计算方法设计成简单的函数，经简单的调用就可得出结果。但由于实际问题具体特性的复杂性以及算法自身的适用范围决定了应用中必须选择和设计适合于自己所要解决的特定问题的算法，因而掌握数值计算方法的思想和内容是必须的。 计算物理的起源、形成与发展 传统的物理学：理论物理，实验物理，都离不开数值计算，如海王星的发现及其轨道计算就是一个典型例子。但早期的计算仅使用人力或简单的计算工具，其功能和效率都极其有限。这种计算不能成为一个学科分支。

空间物理学

空间物理学 (学科代码：070802) 一、培养目标 本学科培养德、智、体全面发展，具有坚实的数理基础和系统的空间物理专业知识，熟悉计算机的运用，了解空间物理学的发展前沿和动态，适应我国经济、科 技和教育发展的需要，初步具备独立从事该学科领域研究和教学能力的高层次人才。 二、研究方向 1.太阳大气动力学、 2.行星际动力学、 3.磁层动力学、 4.空间等离子体物理的理论及应用 三、学制及学分 按照研究生院有关规定。 四、课程设置 英语、政治等公共必修课和必修环节按研究生院统一要求。 学科基础课和专业课如下所列。 基础课： GP25201★等离子体不稳定性★(2) GP25202★磁流体力学的解析方法★(3) GP25203 磁场重联的理论模式和数值模拟(3) GP25204★空间等离子体物理和湍动理 论★(3) GP25205★磁流体力学的数值模拟方法★(3) GP25206 等离子体的粒子模拟方法 (3)

专业课： GP24201 空间物理学进展(2) GP24301 空间环境科学导论(3) GP25210 空间物理学I(2) GP25211 空间物理学II(2) GP25212 空间探测实验（1.5） GP25213 非线性波动的传播及其在磁流体力学中 AY15201 天体物理中的辐射过程(3) 的应用(3) ME25202 计算流体力学(4) PH45201 等离子体电磁流体力学(4) GP26201 空间等离子体理论及应用(2) GP26202 太阳大气和行星际动力学前 沿(2) GP26203 磁层和日地空间环境研究前沿(2) GP26204 空间物理探测技术(2) GP26205 空间物理学的解析和数值方法(2) 备注：带★课程为博士生资格考试科目。 五、科研能力要求 按照研究生院有关规定。 六、学位论文要求 按照研究生院有关规定。

2020-2021年中国科学院大学(物理研究所)等离子体物理考研招生情况、分数线、参考书目及备考经验

一、物理研究所简介 中国科学院物理研究所（以下简称“物理所”）前身是成立于1928年的国立中央研究院物理研究所和成立于1929年的北平研究院物理研究所，1950年在两所合并的基础上成立了中国科学院应用物理研究所，1958年9月30日启用现名。 物理所是1998年国务院学位委员会批准的首批物理学博士、硕士学位授予单位之一，现设有物理学、材料科学与工程等2个专业一级学科博士研究生培养点，材料工程、光学工程等2个专业学位硕士研究生培养点，并设有物理学1个专业一级学科博士后流动站，共有在学研究生882人（其中硕士生266人、博士生616人、留学生11人）。在站博士后65人。物理所是中国物理学会的挂靠单位；承办的科技期刊有《物理学报》、Chinese Physics Letters、Chinese Physics B和《物理》。 2019年物理所在本科起点的研究生招收中，预计计划招收学术型硕博连读生约110名（含推免生90人），全日制专业学位工程硕士研究生约10名。 二、中国科学院大学等离子体物理专业招生情况、考试科目 三、中国科学院大学等离子体物理专业分数线 2018年硕士研究生招生复试分数线

2017年硕士研究生招生复试分数线 四、中国科学院大学等离子体物理专业考研参考书目 601高等数学(甲) 《高等数学》（上、下册），同济大学数学教研室主编，高等教育出版社，1996年第四版，以及其后的任何一个版本均可。 617普通物理(甲) 全国重点大学理科类普通物理教材 808电动力学 郭硕鸿著，《电动力学》，高等教育出版社，北京，2008年第三版。 809固体物理 黄昆编著，《固体物理学》，第1版，北京大学出版社，2009年9月1日 阎守胜编著，《固体物理基础》，第3版，北京大学出版社，2011年6月1日 811量子力学 《量子力学教程》曾谨言著（科学出版社 2003年第1版）。 五、中国科学院大学等离子体物理专业复试原则 1.复试一般由报考的研究所或院系组织，在报考的研究所或院系所在地进行。 2.各研究所或院系一般按照参加复试人数与招生计划数不低于120%的比例，按照复试分数线及考生初试成绩，由高到低确定复试考生名单，进行差额复试。生源充足的单位可扩大差额比例。具体差额比例和初试、复试成绩所占权重由各研究所或院系根据招生计划、学科专业特点及生源状况在复试前确定。 3.复试分数线、复试名单以及复试时间、地点、科目、方式等复试要求由各研究所或院系在复试前通过研究所或院系主页等形式向考生公布。 报考少数民族高层次骨干人才计划考生的复试分数线在不低于国家分数线基础上，由国科大根据生源状况和招生计划数自行划定报考国科大考生进入复试分数线基本要求。各研究所、院系依据具体报名和初试成绩情况，结合本单位的学科特点和要求，在不低于国科大复试分数线基础上，确定本单位具体复试分数线要求和进入复试考生名单，实行差额复试，择优录

计算物理学常用方法与应用

计算物理学常用方法与应用 计算物理学（Computational Physics）是物理学、数学、计算机科学三者结合的产物，与理论物理和实验物理有着密切的关系。定义为以计算机及计算机技术为工具和手段，运用计算数学的方法，解决复杂的物理现象问题的一门应用型学科。计算物理学诞生于20世纪40年代,第二次世界大战时期，美国在研制核武器的工作中,迫切需要解决在瞬时间内发生的复杂的物理过程的数值计算问题。然而，采用传统的解析方法求解或手工数值计算是根本办不到的。这样，计算机在物理学研究中的应用就成为不可避免的事了，计算物理学因此得以产生。 其性质与任务从原则上说，凡是局部瞬时的物理规律为已知或已被假设，那么要想得到大范围长时间的物理现象的发展过程都可以借助于计算机这一先进工具来实现。具体地说，从局部关系联合成大范围关系依赖于计算机的大存贮量，由瞬时规律发展为长时过程依赖于计算机的高速度。因此在大存贮和快速度的基础上，计算机便能对物理过程起到一种数值模拟的作用。 计算物理常用软件有Matlab,Mathematica和Maple等。 计算物理学常用的方法很多，如何将计算物理的方法分类也比较复杂。比如有按照研究对象的时间和空间尺度划分；按照使用目的(检验理论、处理实验结果、对理论和实验进行模拟)划分；按照所属的物理学分支学科划分等等。 本文将介绍几种常用的方法及应用。如实第一性原理、分子动力学、验数据处理、蒙特卡罗、实验数据处理、有限元、神经网络等方法。 1.第一性原理（First-Principles）方法： 根据原子核和电子互相作用的原理及其基本运动规律，运用量子力学原理，从具体要求出发，经过一些近似处理后直接求解薛定谔方程的算法，习惯上称为第一原理。第一性原理就是从头计算，不需要任何参数，只需要一些基本的物理常量，就可以得到体系基态的基本性质的原理。第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其他的实验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性。作为评价事物的依据，第一性原理和经验参数是两个极端。第一性原理是某些硬性规定或

中国科学院等离子体物理研究所xxxx年招聘启事

中国科学院等离子体物理研究所2010年招聘启事中国科学院等离子体物理研究所成立于1978年9月，主要从事高温等离子体物理、磁约束核聚变工程技术及相关高技术研究和开发，以解决人类未来战略新能源一一受控热核聚变能为目标，是我国热核聚变研究的重要基地。经过30多年的发展，在高温等离子体物理 实验及核聚变工程技术研究方面处于国际先进水平，成为“第三世界科学院开放实验室”和 “世界实验室聚变研究中心”，是国际受控热核聚变计划ITER中国工作组的重要单位之一。 等离子体所自力更生、自主创新发展，先后建成并投入运行了HT-6B HT-6M托卡马克 核聚变实验装置，并于1994年建成我国第一个圆截面超导托卡马克装置HT-7;于2006年自主建成世界上第一个非圆截面全超导托卡马克装置EAST EAST成功建设被国际聚变界评价为：“是全世界聚变工程的非凡业绩，是全世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑”，该重大成果荣获2006年“中国十大科技进展”、2008年度“国家科学技术进步奖”一等奖。 研究所在高温热核聚变的相关领域研究成果累累，已建成全面系统的从事等离子体物理和聚变工程及技术研发的先进平台。研究所的这些先进平台以及EAST的工程建设经验和物理基础等，为我国参与国际热核聚变堆ITER计划奠定了基础，为ITER建设做出了不可替代的重要贡献。等离子体所积极参与ITER合作，并已开展了一系列卓有成效的预研工作和基础设施建设。近两年，研究所在ITER高温超导电流引线、TF导体相关技术等方面取得了重要突破。 研究所高度重视大科学工程项目派生出来的技术应用及其发展，积极开拓新的研究领域和交叉科学，形成了如离子束生物学工程、太阳能材料与工程、低温等离子体技术应用等新生长点，在国民经济的发展中起到了重要作用。 等离子体所现有职工500多人，其中中国工程院院士1人、高级研究及工程技术员100 多人，在读研究生约400人。研究所崇尚“甘于奉献、团结协作、锐意进取、争创一流”的大科学文化，培养和造就了一支优秀的工程技术、科研和管理队伍，为创新跨越发展奠定了坚实的基础。全体职工正为把研究所建成全面开放的国际磁约束聚变研究一流研究所而不懈奋斗！ 中国科学院等离子体物理研究所2010年招聘（招聘计划见附件）工作已全面启动，诚邀您的加入！有意者请登录 http://202.127.204.25/rczp/manage/user_main.asp 投递在线简历！