朗道阻尼

朗道阻尼（Landau damping）是指粒子和波相互作用使波的振幅減小的現象。在無碰撞的電漿中傳播的波，如果電漿粒子的速度接近于波的相速度，由於共振作用速度稍大於相速度的粒子，把多餘的能量 交給波，因而其平均速度減小到波的相速度；而速度稍小於相速度的粒子 ，從波中得到能量，平均速度增大到波的相速度。因此，當粒子的速度分布函式隨速度的增大而減小時，從波中吸收能量的慢粒子較多，而把能量交給波的粒子較少，結果波的振幅減小，稱朗道阻尼。

朗道阻尼是蘇聯物理學家L.朗道在1946年提出的，這個理論在實驗中得到證實。

基本介紹

• 中文名：朗道阻尼
• 外文名：Landau damping
• 特徵：粒子和波相互作用使波的振幅減小
• 屬性：無碰撞阻尼
• 提出時間：1946年
• 提出者：L.朗道

理論詮釋

在電漿中，速度v和波的相速v^p接近的帶電粒子稱為波的共振粒子。共振粒子所感受到的波的電場幾乎是長期恆定的，因此共振粒子和波之間會發生較強烈的能量交換。v略低於v^p的粒子被波的電場推動而加速，於是波的能量被粒子吸收。反之，v略大於v^p的粒子會推動波，於是粒子的能量被波吸收。

如果電漿是熱平衡的，則粒子的速度分布f(v)是麥克斯韋分布，對於相速是v^p的波，v略大於v^p的粒子少而略小於v^p的粒子多，所以波與共振粒子相互作用總的效果是使波損失能量，即波受到阻尼而衰減。例如，朗繆爾波會和共振電子作用而受到阻尼；離子聲波會和共振離子作用而受到阻尼等。

當電漿不處於熱平衡態時，f(v)不是麥克斯韋分布。如果v略大於v^p的粒子多而略小於v^p的粒子少，總的效果是波獲得能量而增長，這是朗道阻尼的逆過程，稱為朗道增長，它造成波的不穩定。

當粒子的速度分布函式隨速度的增大而增大時，從波中吸收能量的粒子較少，而把能量交給波的粒子較多，波的振幅增大，這種現象即朗道增長。電漿中究竟發生朗道阻尼還是朗道增長，取決於速度小于波相速度的粒子多還是速度大于波相速度的粒子多。

概念說明

朗道阻尼是電漿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。假設在一個具有麥克斯韋速度分布的無碰撞電漿中，速度略微大的粒子數目稍微少一點，其結果是得到能量的粒子比失去能量的粒子多，粒子的總能量增加，則波的總能量減少，這樣就表現為波的一種阻尼效應。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。

朗道阻尼現象是1946年蘇聯科學家L.朗道在理論上研究無碰撞電漿中波的性質時發現的。60年代，美國科學家J.馬爾姆貝格在實驗上證實了這個現象。

朗道阻尼是電漿動理學一個十分重要的結果，它開創了波粒相互作用和微觀不穩定性這些新的領域。

種類

朗道阻尼通常可以分為線性朗道阻尼和非線性朗道阻尼。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。這就是實驗上通常只能觀察到長波的電漿波，而難以觀察到短波的電漿波的原因。