The linear theory of plasma waves in homogeneous plasma isarguably the most mature and best understood branch of plasma physics. Given the recently revised version of Stix's excellent Waves inPlasmas (1992), one might ask whether another book on this subject is necessary only a few years later. The answer lies in the scope of thisvolume; it is somewhat more detailed in certain topics than, and complementary in manyfusion research relevant areas to, Stix's book. (I am restricting thesecomments to the homogeneous plasma theory only, since the authorpromises a second volume on wave propagation in inhomogeneous plasmas.) This book is also much more of a theorist's approach to waves inplasmas, with the aim of developing the subject within the logicalframework of kinetic theory. This may indeed be pleasing to the expertand to the specialist, but may be too difficult to the graduate studentas an `introduction' to the subject (which the author explicitlystates in the Preface). On the other hand, it may be entirelyappropriate for a second course on plasma waves, after the student hasmastered fluid theory and an introductory kinetic treatment of waves ina hot magnetized `Vlasov' plasma. For teaching purposes, my personalpreference is to review the cold plasma wave treatment using theunified Stix formalism and notation (which the author wisely adopts inthe present book, but only in Chapter 5). Such an approach allows oneto deal with CMA diagrams early on, as well as to provide a framework todiscuss electromagnetic wave propagation and accessibility ininhomogeneous plasmas (for which the cold plasma wave treatment isperfectly adequate). Such an approach does lack some of the rigour,however, that the author achieves with the present approach. As theauthor correctly shows, the fluid theory treatment of waves followslogically from kinetic theory in the cold plasma limit. I onlyquestion the pedagogical value of this approach. Otherwise, I welcomethis addition to the literature, for it gives the teacher of thesubject a valuable reference where the inquisitive student will be ableto read up on and satisfy himself about the practicality andreliability of the Vlasov theory in a hot magnetized and collisionlessplasma. The book has excellent treatments of several new topics notincluded in previous textbooks, for example, the relativistic theory ofplasma wave propagation, so important in electron cyclotron heating ofmagnetically confined fusion plasmas, a discussion of current drivetheory and there is a welcome introduction to parametric instabilitiesin the final chapter.There are some things that make the readability of the booksomewhat difficult. In the early parts, certain advancedconcepts are introduced without much motivation or explanation,although the author is trying to be helpful by providing a list ofrelevant references at the end of each chapter. Here the teacher'srole will be critical. Again, a certain amount of previous knowledgeof the subject would prove to be invaluable to thestudent.The main content of the book is included in 11 chapters. Use is made of CGS Gaussian units, a favourite of plasma theorists. As theauthor states, these are still widely used in advanced plasma theory, andthe student is well advised to become familiar with this system ofunits (as well as the SI system for applications). To help the readerin the Introduction, the author defines various expressions often usedin plasma physics in practical units (frequencies in hertz, lengths in centimetres, temperatures in kiloelectronvolts and magnetic fields in teslas). Chapter 2 is entitled `Plasma Electrodynamics' and it introduces the Maxwell-Vlasov set ofequations, as well as the important fundamentals of wave propagation, such as polarization, dispersion and the dielectric tensor, and energyrelations. In Chapter 3, `Elementary Plasma Kinetic Theory', theauthor derives the Vlasov equation and the Fokker-Planck equation fromthe BBGKY hierarchy. This is a somewhat unusual chapter in a book onplasma waves, but I welcome it since it demonstrates the author'sdesire to be complete and rigorous in justifying the use of thecollisionless Vlasov equation for `high frequency' wave propagationphenomena. Incidentally, it is interesting that while the author derivesthe Fokker-Planck equation at great length, it is used only to derivethe fluid and MHD equations, but not for estimating Coulomb collisionaldamping of specific waves in laterchapters.Chapter 4 gives the derivation of the hot plasmadielectric tensor. There is an extensive and excellent discussion ofthe relativistic formulation of the dielectric tensor, which is offundamental importance to practising fusion physicists (for example)involved in ECR heating of high temperature plasmas. Various temperature limits are taken in Chapters 5, 6 and 7, and the author discusses the infinite number of waves in the cold plasma limit (Chapter 5), in the hot plasma limit (Chapter 6) and in the electrostatic limit (Chapter 7). In my opinion, these chapters represent the `meat' of the book. Chapter 7 includes a detailedtreatment of electrostatic waves in a hot plasma, including Bernsteinwaves and their damping at high harmonics. This is a difficult topic, and the extensive treatment presented here is hard to find in othertexts. The author also includes a discussion of two streaminstabilities here, together with the Nyquist-Penrose criterion forinstability.Chapter 8 discusses linear wave-particle interactions,including damping of electromagnetic waves, RF current drive and RFheating. Chapter 9 is called `Collisionless Stochasticity' and institutes an introduction to the subject as well as applicationsto the heating of ions by high harmonic, lower hybrid waves. Chapter 10 isanother key part of the book, on the quasilinear theory of heating andcurrent drive. It deals with the practical aspects of RF heating andcurrent drive in magnetically confined fusion plasmas, and is a `mustread' for researchers dealing with RF heating and related transport. Chapter 11 attempts to deal with non-linear effects in the presence ofhigh power RF waves in plasmas. First, the author deals with thedifficult subject of mode coupling theory, but, owing to its complexity,the formulation is never reduced to practical applications. Only the`dipole approximation' section can be used to make practical estimatesof non-linear effects during RF heating.There are some shortcomings of this book that need to bementioned here. There are some typographical errors, including spelling errors. The labelling on thefigures is often hard to read due to their poor quality and smallsize. The figures themselves are often too small and are overloadedwith curves (e.g., Figs 18.1, 18.2, 21.3, 28.13). The authormust have spent a significant effort in producing these curves, andthey deserve a better presentation, especially if they are to be used bystudents. Ease of readability is important for a textbook intended forstudents and researchers alike. It is hoped that such shortcomingswill be improved in future editions, as well as in Volume II, which is tofollow.To summarize, this book presents an up to date majorcontribution to the field of plasma waves and is a `must' on the shelvesof active researchers as well as advanced graduate students. Under theguidance of a knowledgeable teacher, the book may be used as a text,with appropriate omissions of certain sections for a one semestercourse in plasma waves. Alternatively for those who have mastered thefundamentals of wave propagation in plasmas, the book could be used asa basis for an advanced seminar course.I am looking forward with anticipation to Volume II, Waves in Inhomogeneous Plasmas, by Marco Brambilla, one of the eminent plasma wave theorists of ourgeneration.
均質プラズマ中のプラズマ波動に関する線形理論は、プラズマ物理学の中で最も成熟し、最もよく理解された分野であると言える。Stixの優れた著書『Waves in Plasmas』の改訂版が出版されたばかりであることを考えると、わずか数年後にこのテーマに関する別の書籍が必要かどうか疑問に思うかもしれない。その答えは、本書の範囲にある。本書は、特定のトピックにおいてStixの書籍よりもやや詳細であり、多くの核融合関連の研究分野において補完的である（ここでのコメントは均質プラズマ理論に限定する。著者は不均質プラズマ中の波動伝播に関する第2巻を約束しているためである）。また、本書はプラズマ波動に対するより理論家的なアプローチをとっており、運動論的枠組みの論理的構成に基づいて主題を展開することを目的としている。これは専門家や研究者にとっては喜ばしいことかもしれないが、大学院生が「入門」として読むには難しすぎるかもしれない（著者は序文でそのように明言している）。一方で、流体理論と高温磁化プラズマ中の波動の運動論的扱いの入門を修了した学生にとっては、プラズマ波動の第2のコースとして完全に適切であるかもしれない。教育目的としては、私個人の好みは、統一されたStixの形式と記法を用いて低温プラズマ波動の扱いを復習することである（著者は本書で賢明にもその記法を採用しているが、第5章のみである）。このようなアプローチにより、CMA図を早期に扱うことができ、不均質プラズマ中の電磁波伝播と到達可能性を議論するための枠組みを提供できる（その場合、低温プラズマ波動の扱いは完全に適切である）。しかし、このようなアプローチは、著者が採用したアプローチに見られるような厳密さの一部を欠いている。著者が正しく示しているように、流体理論による波動の扱いは、低温プラズマ極限における運動論的理論から論理的に導かれる。私はこのアプローチの教育学的価値のみを疑問視している。それ以外では、私はこの文献への追加を歓迎する。なぜなら、本書は教師には貴重な参考書を、探究心のある学生には高温磁化プラズマ中のVlasov理論の実用性と信頼性について自ら学ぶ機会を提供するからである。 本書は、以前の教科書には含まれていないいくつかの新しいトピックの優れた扱いを含んでいる。例えば、相対論的プラズマ波動伝播理論（核融合プラズマにおける電子サイクロトロン加熱にとって重要）、電子サイクロトロン加熱における波動の減衰と吸収、電流駆動理論、および常圧縮アルヴェン波の加熱などである。最終章では、パラメトリック不安定性の入門が提供されている。 本書の読みやすさをいくぶん損なっている点がいくつかある。初期の章では、特定の高度な概念が動機付けや説明なしに導入されている。著者は各章の終わりに関連文献のリストを提供することで助けになろうとしているが、教師の役割が重要であることは変わりない。また、読者にはある程度の事前知識が必要である。本書の主な内容は11の章に含まれている。著者はCGSガウス単位系を使用している。著者が述べているように、これらは高度なプラズマ理論で今でも広く使用されており、学生はこの単位系に精通することを勧められる（応用にはSI単位系も同様に重要である）。読者を助けるために、著者は序文でプラズマ物理学で頻繁に使用される様々な表現を実用的な単位で定義している（周波数はヘルツ、長さはセンチメートル、温度はキロ電子ボルト、磁場はテスラ）。第2章は「プラズマ電磁気学」と題され、Maxwell-Vlasov方程式系と、偏波、分散、誘電テンソル、エネルギー関係などの波動伝播の重要な基礎を導入している。第3章「初等プラズマ運動論」では、著者はBBGKY階層からVlasov方程式とFokker-Planck方程式を導出している。これはプラズマ波動に関する書籍としてはやや異例の章であるが、衝突のないVlasov方程式が「高周波」波動伝播現象に適用できることの正当化において、完全かつ厳密であるという著者の意図を示しているので、私はこれを歓迎する。ちなみに、著者がFokker-Planck方程式を長々と導出しているのは興味深いが、それは流体方程式とMHD方程式を導出するためだけに使用されており、後の章で特定の波動のクーロン衝突減衰を見積もるためには使用されていない。第4章では、高温プラズマ誘電テンソルの導出が行われている。誘電テンソルの相対論的定式化の優れた詳細な議論があり、これは高温プラズマのECR加熱に携わる核融合物理学者にとって基本的に重要である。第5章、第6章、第7章では様々な温度極限が扱われ、著者は低温極限（第5章）、高温極限（第6章）、静電極限（第7章）における無限の波動数を議論している。私の意見では、これらの章が本書の「核心」である。第7章は高温プラズマ中の静電波動の詳細な扱いを含み、Bernstein波とその高調波での減衰を含む。これは難しいトピックであり、ここで提示された広範な扱いは他の文献では見つけるのが難しい。著者はまた、二流体不安定性の議論とNyquist-Penrose不安定性判定基準も含めている。第8章は線形波動-粒子相互作用を議論し、電磁波の減衰、RF電流駆動、RF加熱を含む。第9章は「無衝突散逸」と題され、高温磁化プラズマ中の波動の運動論的減衰の扱いを提供している。第10章は、高調波、低混成波によるイオン加熱への応用を伴う準線形理論のもう一つの重要な章である。第11章は、磁気閉じ込め核融合プラズマにおけるRF加熱と電流駆動の実用的側面を扱っており、RF加熱と関連輸送に携わる研究者にとっては「必読」である。第12章は、高温プラズマ中の高パワーRF波の非線形効果を扱おうとしている。まず著者はモード結合理論の難しい主題に取り組むが、その複雑さのために、その定式化が実用的な応用に還元されることは決してない。非線形効果の実用的な見積もりは、「双極子近似」のセクションでのみ可能である。 ここで言及すべき本書のいくつかの欠点がある。いくつかの誤植があり、綴りの誤りを含む。図のラベルは、品質が悪くサイズが小さいために読みにくいことがよくある。図自体もしばしば小さすぎて、曲線が過密である（例えば、図18.1、18.2、21.3、28.13）。著者はこれらの曲線の作成にかなりの労力を費やしたに違いなく、それらは学生によって使用されるべきものであるならば、より良い提示に値する。読みやすさは、学生と研究者の両方を対象とした教科書にとって重要である。このような欠点が将来の版および第II巻で改善されることが望まれる。 要約すると、本書はプラズマ波動の分野への最新の主要な貢献であり、活動的な研究者と高度な大学院生の両方の書棚に「必備」である。知識豊富な教師の指導の下で、特定のセクションを適切に省略すれば、プラズマ波動の1学期コースの教科書として使用できるかもしれない。あるいは、プラズマ中の波動伝播の基礎を習得した者にとっては、上級セミナーコースの基礎として使用できるかもしれない。私は著者の世代の著名なプラズマ波動理論家の一人であるMarco Brambillaによる『不均質プラズマ中の波動』第II巻を楽しみにしている。