플라즈마 물리¶

개요¶

이 토픽은 물질의 네 번째 상태인 플라즈마의 기초 물리를 단일 입자 역학부터 운동론, 유체 기술까지 다룹니다. 기초 전자기학과 자기유체역학(MHD) 등 고급 주제 사이의 간극을 메우며, 핵융합, 우주, 천체물리 플라즈마 연구에 필요한 물리적 기반을 제공합니다.

선수 지식¶

벡터 해석 (Mathematical_Methods L05)
편미분방정식 (Mathematical_Methods L13)
기초 전자기학 (Maxwell 방정식, Lorentz 힘)
Python 중급 (NumPy, SciPy, Matplotlib)

레슨 계획¶

기초¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
01_Introduction_to_Plasma.md	⭐	Debye 차폐, 플라즈마 주파수, 자이로주파수, 플라즈마 β, 준중성	개념적 기초
02_Coulomb_Collisions.md	⭐⭐	쿨롱 산란, 충돌 주파수, Spitzer 저항, 평균자유경로	충돌 레짐
03_Plasma_Description_Hierarchy.md	⭐⭐	Klimontovich → Vlasov → 유체 계층, 모형 선택 기준	체계 개관

하전 입자 운동¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
04_Single_Particle_Motion_I.md	⭐⭐	자이로운동, Larmor 반경, E×B 드리프트, 안내중심	균일 자기장
05_Single_Particle_Motion_II.md	⭐⭐⭐	∇B 드리프트, 곡률 드리프트, 편극 드리프트, 일반 힘 드리프트	비균일 자기장
06_Magnetic_Mirrors_Adiabatic_Invariants.md	⭐⭐⭐	자기거울, μ/J/Φ 불변량, 손실 원뿔, 바나나 궤도	포획 입자

운동론¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
07_Vlasov_Equation.md	⭐⭐⭐	위상공간, 분포함수, Vlasov 방정식, BGK 모드	비충돌 운동론
08_Landau_Damping.md	⭐⭐⭐⭐	란다우 컨투어, 파동-입자 공명, 역란다우 감쇠, 입자 포획	핵심 운동론 효과
09_Collisional_Kinetics.md	⭐⭐⭐⭐	Fokker-Planck, Rosenbluth 포텐셜, Braginskii 수송, 신고전	충돌 효과

플라즈마 파동¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
10_Electrostatic_Waves.md	⭐⭐⭐	Langmuir 파, 이온 음향파, Bernstein 모드	정전파 분산관계
11_Electromagnetic_Waves.md	⭐⭐⭐	R/L/O/X 모드, 휘슬러파, CMA 다이어그램, Faraday 회전	전자기파 전파
12_Wave_Heating_and_Instabilities.md	⭐⭐⭐⭐	ECRH, ICRH, 빔-플라즈마, Weibel, firehose, mirror 불안정	가열 및 안정성

유체 기술¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
13_Two_Fluid_Model.md	⭐⭐⭐	모멘트 방정식, 일반화 Ohm 법칙, Hall 효과, 반자성 드리프트	MHD로의 다리
14_From_Kinetic_to_MHD.md	⭐⭐⭐⭐	CGL 모형, MHD 유효 조건, 드리프트/자이로운동론 개요	체계적 환원

응용 및 프로젝트¶

파일명	난이도	주요 내용	비고
15_Plasma_Diagnostics.md	⭐⭐⭐	Langmuir 탐침, Thomson 산란, 간섭계, 분광	실험 방법
16_Projects.md	⭐⭐⭐⭐	궤도 시뮬레이터, 분산관계 솔버, 1D Vlasov-Poisson 솔버	종합 프로젝트 3개

추천 학습 경로¶

기초 (L01-L03)                  하전 입자 운동 (L04-L06)
       │                                │
       ▼                                ▼
  플라즈마 매개변수            자이로운동, 드리프트, 거울
  충돌, 기술 모형             단열 불변량
       │                                │
       └────────────┬───────────────────┘
                    │
                    ▼
          운동론 (L07-L09)
          Vlasov, 란다우 감쇠
          Fokker-Planck, 수송
                    │
                    ▼
          플라즈마 파동 (L10-L12)
          정전파/전자기파, CMA
          가열, 불안정성
                    │
                    ▼
          유체 기술 (L13-L14)
          이유체, Ohm 법칙
          MHD 유도, 자이로운동론
                    │
            ┌───────┴───────┐
            ▼               ▼
    진단 (L15)          프로젝트 (L16)
    탐침, 산란          궤도 시뮬, Vlasov
            │
            ▼
    → MHD 토픽 (심화)

예제 코드¶

이 토픽의 예제 코드는 examples/Plasma_Physics/에서 확인할 수 있습니다.

합계¶

16개 레슨 (기초 3 + 입자운동 3 + 운동론 3 + 파동 3 + 유체 2 + 응용/프로젝트 2)
난이도 범위: ⭐ ~ ⭐⭐⭐⭐
언어: Python (주)
주요 라이브러리: NumPy, SciPy, Matplotlib, Numba (Vlasov 솔버 선택)

참고 문헌¶

교과서¶

F.F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (Vol. 1, 3rd ed.)
R.J. Goldston & P.H. Rutherford, Introduction to Plasma Physics
D.R. Nicholson, Introduction to Plasma Theory
T.J.M. Boyd & J.J. Sanderson, The Physics of Plasmas
J.A. Bittencourt, Fundamentals of Plasma Physics

온라인¶

MIT OCW 22.611J: Introduction to Plasma Physics I
Princeton Plasma Physics Laboratory 교육 자료

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레슨 계획¶

기초¶

하전 입자 운동¶

운동론¶

플라즈마 파동¶

유체 기술¶

응용 및 프로젝트¶

추천 학습 경로¶

관련 토픽¶

예제 코드¶

합계¶

참고 문헌¶

교과서¶

온라인¶