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Plasma Waves (2nd edition)

D G Swanson2003年Plasma Physics and Controlled FusionIF 2.2出版社

To a beginner in plasma physics the subject of waves can be bewildering, with a seeming myriad of different wave modes and ways of approaching them though cold plasma equations, warm plasma equations or kinetic equations. Add to this the intricacies of Landau and cyclotron damping and the fact that real plasmas are rarely uniform and infinite in extent, even as a first approximation, and the need for a reliable guide through the maze becomes apparent.This is a revised and extended version of a book which has already proved its value as an advanced text at postgraduate level. It contains a careful account of many of the properties of waves using the various possible levels of approach, and a good selection of graphs and surface plots which are a great help to the reader in visualising the behaviour of wave dispersion relations. As might be expected by anyone familiar with the author's research, there is an extensive discussion of waves in an inhomogeneous plasma and the phenomenon of mode conversion which plays a vital role in various plasma heating schemes using waves. Various aspects of the nonlinear theory of waves are discussed, including quasilinear theory, solitons, particle trapping and parametric instability.The discussion throughout is characterised by a clear treatment of both the mathematical problems involved and the underlying physics, the second edition having provided an opportunity for refinement and clarification of the earlier presentation, as well as the addition of new material on recent advances in the subject. Any student who masters the material in this book and works through the problems it contains will have a very solid grounding in the theory of wave propagation. Research workers in the field will find it to be a comprehensive source of information on waves, including a number of topics which have only been found in research papers until now. I think that this is a very welcome addition to the literature which will be a valuable resource for teachers and researchers. Most people with a serious interest in plasma waves will probably think of the work by Stix (Stix T H 1992 Waves in Plasmas (New York: American Institute of Physics)) and its earlier edition as having been the standard work on plasma waves for many years and will wonder how this book compares. The answer is, I think, that the two works complement each other well. Where they overlap the discussion is generally somewhat different and can yield different insights, and each contains material absent from the other. Swanson's book is certainly worth a place beside Stix on the bookshelves of anyone who needs to know about plasma waves.R A Cairns

日本語訳

初心者にとって、プラズマ物理学における波動の話題は、冷プラズマ方程式、温プラズマ方程式、運動方程式によるアプローチなど、さまざまな波動モードとその扱い方が無数にあるように見え、戸惑わせるものである。さらに、ランダウ減衰やサイクロトロン減衰の複雑さ、そして現実のプラズマが第一近似としても均一で無限に広がっているわけではないという事実が加われば、この迷路を進むための信頼できる案内書の必要性が明らかになる。本書は、大学院レベルでの高度なテキストとしてすでにその価値が実証されている書物の、改訂・拡張版である。本書は、可能なさまざまなレベルのアプローチを用いて波動の多くの性質を詳細に扱い、波動の分散関係を視覚化するうえで読者にとって大きな助けとなる、厳選された曲面図および平面図も収録している。著者の研究を知る者なら誰でも予想できるように、不均一プラズマ中の波動と、波動を用いたさまざまなプラズマ加熱方式において重要な役割を果たすモード変換現象についての広範な議論が含まれている。非線形波動理論のさまざまな側面も議論されており、準線形理論、ソリトン、粒子捕捉、パラメトリック不安定性などが扱われている。本書の特徴は、関連する数学的問題とその根底にある物理学の両方が明確に説明されていることである。改訂第2版では、初版の記述を洗練・明確化する機会が得られたほか、この分野の最近の進展に関する新しい内容も追加されている。本書の内容を習得し、掲載されている問題を解き通した学生は、波動伝播の理論について非常に確実な基礎を身につけることができるであろう。この分野の研究者にとっては、これまで主に研究論文でしか見られなかった多くのトピックを含む、波動に関する包括的な情報源として役立つであろう。私は、本書がこの分野の文献への非常に歓迎すべき追加であり、教育者と研究者の両方にとって貴重なリソースとなると考えている。プラズマ波動に真剣な関心を持つほとんどの人は、Stixの著作(Stix T H 1992 Waves in Plasmas (New York: American Institute of Physics))とその初版を、長年にわたりプラズマ波動の標準的な参考書として思い浮かべるであろうし、本書がそれとどう比較されるのか疑問に思うであろう。その答えは、私の考えでは、この2つの著作は互いにうまく補完し合っているということである。重複する部分では、一般的に議論の進め方がやや異なり、異なる洞察が得られる可能性があり、またそれぞれに他方にはない内容が含まれている。プラズマ波動について知る必要があるすべての人にとって、Swansonの本書はStixの著作の隣に置かれる価値が十分にある。R A Cairns

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Plasma waves
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