朗道阻尼

朗道阻尼是等離子體中由於波和粒子之間的共振導致的波阻尼 ， 是一種無碰撞阻尼 ， 最初是在1946年由蘇聯物理學家列夫 · 朗道提出的 。 人們一度認爲物理上沒有這種機制 ， 這只是純粹的數學結果 。 J.M.Dawson從波和粒子的能量交換的角度推導出朗道阻尼 ， 1960年代又在實驗上證實了這個現象 。 朗道阻尼的起因是波和粒子之間的相互作用而導致的能量交換 。 相速度爲的波能夠與速度近似爲的粒子發生強烈的相互作用 ， 其結果是速度略微大於的粒子減速 ， 失去能量 ， 速度略微小於的粒子加速 ， 得到能量 。 考慮在一個具有麥克斯韋速度分佈的無碰撞等離子體中 ， 速度略微小於的粒子總是比速度略微大於的粒子數目稍微多一點 ， 其結果是得到能量的粒子比失去能量的粒子越多 ， 粒子的總能量增加 ， 則波的總能量減少 ， 這樣就表現爲波的一種阻尼效應 。 如果波和粒子的速度相差很遠 ， 比如電磁波以光速傳播 ， 遠大於電子 、 離子的熱運動速度 ， 則不會有朗道阻尼 。 朗道阻尼也可以用一種直觀但並不嚴格的物理情景解釋 ， 如右圖所示 。 將朗繆爾波想像成海洋上的波浪 ， 粒子如同漂浮在上面的船 。 如果船運動的速度略微小於波浪傳播的速度 ， 在與波浪相對靜止的參考系看來 ， 粒子被波浪推動 ； 反之如果船的運動速度略微大於波速 ， 粒子則推動波浪 。 朗道阻尼通常可以分爲線性朗道阻尼和非線性朗道阻尼兩種 。 朗道阻尼在短波情況下表現得很顯著 ， 在長波情況下則可以忽略 。 這就是爲什麼實驗上通常只能觀察到長波的等離子體波 ， 而難以觀察到短波的等離子體波 。