Transport Processes in Multicomponent Plasma

This book treats in detail, as indicated in the title, the transport phenomena in multicomponent plasmas. Here, the term `transport' applies to the study of mass and energy transfer in plasmas due to the interactions between pairs of particles only. Radiation is legitimately omitted; anyway, radiative transfer is another field of study.As the author himself mentions in the introduction, `the term multicomponent plasma implies a partially or fully ionized mixture of arbitrary number of species of neutral and charged particles satisfying the condition of quasi-neutrality'. In fact, this book treats a large variety of plasmas applying to different systems ranging fromlow-pressure systems which may be far from local thermodynamic equilibrium (LTE) conditions, to thermal plasmas in LTE or near-LTE states with special attention to two-temperature systems;partially ionized plasmas with low ionization degree for which electron-neutral interactions are predominant, to systems with higher ionization degrees in which charged particle interactions are no more negligible.In addition, for all the above stated situations, the author treats both plasmas which are subjected to an external electromagnetic field and those which are not (homogeneous and inhomogeneous cases). Furthermore, in the last chapters a special discussion concerning molecular plasmas is presented.Taking into account the evolution of plasma modelling in the last few years, the subject is of current interest and the reader will find in the book a large amount of information necessary for a good understanding of transport phenomena in plasmas: for a plasma simulation specialist, this book may be regarded as reference text, which includes all necessary mathematical relations for his work. However, it should not be considered a simple formulary; the reader will also find here an excellent description of the theoretical basis necessary for the derivation of all given expressions. To this point of view this book, at least the first few chapters, may be used as a very good complement to other textbooks for plasma physics Masters students (or even PhD beginners) and engineers who are looking for some specialization in this domain.It should be noticed here, and this is highly appreciated, that in all cases the author starts by treating the full problem and then continues with a case-study of different, commonly accepted situations. For example, in the first chapter the reader, starting from the Boltzmann equation, will find an excellent `fundamental' discussion on the effective cross sections: beginning with the general case with an arbitrary interaction potential, the author then develops the case of the simplest approximation (hard spheres potential) followed by the `power-law' potential which is more realistic for elastic scattering between neutral particles. He then continues with charged-neutral interactions with special mention of charge transfer reactions. The cases of the Coulomb potential and shielded Coulomb potential are discussed for the description of interactions between charged particles. Last, but not the least, other types of interactions described by the Lennard-Jones and Born-Mayer potentials are also stated and discussed. This very methodical way of description is used in all chapters of this book-this is highly appreciated!This book fills a gap in the literature of this subject-to my knowledge, during the last years very few new studies have been published in the crucial domain of multicomponent plasmas. In most cases, all the studies are based on the Chapman-Enskog expansion method while the present document mainly uses the moment expansion better known as `Grand's' method. However, the author systematically gives a critical comparison between the two methods; this is very useful for the reader who has to decide which one of these formalisms is convenient for him.Besides all the positive points stated in the above paragraphs, there are, ineluctably, some negative points: the text in this book is really very dense, only three to four figures are included for the full book. This may have an offputting effect on the reader. Fortunately, the organization in chapters and paragraphs is very clear and easy to follow. Thus, after reading the first chapter which includes all necessary symbol conventions and notations the reader may go directly to the chapter which interests him. In my opinion, reading this book from the first to the last page is rather improbable! Another point that I would like to mention is that some `expressions' are rather unusual when compared to other literature in the subject; this is probably due to the translation from the Russian. However, this is a minor problem, since~once the reader is familiar with these expressions~everything~becomes smooth again. Finally, a table summarizing the notations and symbols used in this book could be of great help for the user, but, unfortunately this is missing for this edition.In conclusion, this extended re-edition of a Russian document (first published in 1982) is an excellent reference book; I could compare the book to a `Swiss army knife' for plasma physicists. This book is, for all the above reasons, a necessary complement to a plasma physicist's library.G Zissis

日本語訳

本書は、タイトルに示されている通り、多成分プラズマにおける輸送現象を詳細に扱っている。ここで「輸送」という用語は、粒子間の対衝突のみに起因するプラズマ中の質量およびエネルギー移動の研究を指す。放射は正当に除外されている。そもそも、放射輸送は別の研究分野である。著者自身が序文で述べているように、「多成分プラズマ」という用語は、準中性条件を満たす中性粒子と荷電粒子の任意の数の種からなる部分的または完全に電離した混合気体を意味する。実際、本書は多種多様なプラズマを扱っており、局所熱平衡（LTE）から大きく逸脱した低圧系から、LTEまたはLTEに近い状態にある熱プラズマまでを網羅し、特に二温度系に注目している。扱われるプラズマには、電子-中性粒子衝突が支配的な低電離度プラズマから、荷電粒子間の衝突がもはや無視できない高電離度系までが含まれる。さらに、著者はこれらすべての状況について、外部電磁場の影響下にあるプラズマと、そうでないプラズマ（均質および非均質の場合）の両方を考察している。さらに、最後の章では分子プラズマに特化した考察が展開されている。近年のプラズマモデリングの進展を考慮すると、このテーマは現在非常に重要な関心事であり、読者は本書の中に、プラズマ中の輸送現象を十分に理解するために必要な豊富な情報を見出すことができるであろう。プラズマシミュレーションの専門家にとって、本書は必要な数学的関係式をすべて網羅した参考書としての価値を持つ。しかし、本書を単なる公式集と見なすべきではない。読者は、提示されたすべての式の導出に必要な理論的基礎の優れた解説もここに見出すであろう。この観点から、本書は、この分野の専門化を目指すプラズマ物理の大学院生（または博士課程初期の学生）や技術者にとって、他の教科書の補足として非常に有用である。特筆すべきは、著者が常に一般的な問題から出発し、その後、様々な実際的な状況で一般的に受け入れられている特殊な場合を考察している点である。例えば、第1章ではボルツマン方程式から出発し、有効衝突断面積の優れた基礎的議論が展開される。まず任意の相互作用ポテンシャルの一般的な場合が考察され、その後、最も単純な近似（剛体球ポテンシャル）が提示され、続いて、中性粒子間の弾性衝突に対してより現実的であることが証明されている冪乗則ポテンシャルが考察される。続いて、荷電-中性粒子衝突が考察され、電荷交換反応が特に詳しく扱われる。荷電粒子間の相互作用については、クーロンポテンシャルおよび遮蔽クーロンポテンシャルの場合が議論される。最後に、レナード-ジョーンズ型やボルン-マイヤー型など、他のタイプの相互作用ポテンシャルも提示され、議論される。このように非常に系統立った記述方法が、本書の全章を貫いており、高く評価できる。本書は、この主題に関する文献の空白を埋めるものである。というのも、私の知る限り、近年、多成分プラズマという重要な分野に関する新しい研究書はほとんど出版されていないからである。ほとんどの研究はチャップマン-エンスコーグ展開法に基づいているが、本書は主にモーメント展開法（グレイディズ法としても知られる）を採用している。しかし、著者は両手法の系統的な比較考察も提供しており、これは特定の状況にどちらの形式が適切かを判断しなければならない読者にとって非常に有益である。上記の長所に加えて、いくつかの短所も指摘せざるを得ない。本書の文章は非常に密度が高く、全編を通して図はわずか3～4点しかなく、読者に取っ付きにくい印象を与える可能性がある。幸いなことに、章と節の構成は明確であり、読み進めやすい。したがって、読者は、必要なすべての記号と表記法の慣例が説明されている第1章を読んだ後、自分の関心に最も適した章に直接進むことができる。実際、本書を最初から最後まで通読する読者はほとんどいないであろう。もう一つの指摘事項として、一部の表現がこの分野の他の文献と比較してやや珍しいことが挙げられる。これはおそらくロシア語からの翻訳に起因するものであろう。しかし、これは小さな問題であり、読者がこれらの表現に慣れれば、読書は再び円滑に進むであろう。最後に、本書で使用されているすべての記号と表記法をまとめた表があれば、読者にとって非常に有益であったであろうが、残念ながら本書には付属していない。結論として、このロシア語原著の拡張版再編集（初版は1982年）は、優れた参考書であり、プラズマ物理学者にとっての「万能ツール」と例えることができる。以上のすべての理由から、本書はプラズマ物理学者の図書館にとって不可欠な補完物である。G. Zissis