聚變能及其應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　核聚變是集等離子體物理與核聚變工程于一體的巨大的科學(xué)技術(shù)知識體系。經(jīng)過五十余年人類共同的努力，現(xiàn)在到了展望其應(yīng)用的時代。為了實現(xiàn)為人類提供取之不盡、用之不竭的清潔能源的偉大目標(biāo)，人類還要付出巨大的努力。作者在為等離子體所年輕工作人員和博士生授課教材的基礎(chǔ)上，撰寫了此書，全書共分17章，總結(jié)了與核聚變有關(guān)的等離子體原理及核聚變工程技術(shù)，并對聚變能未來的發(fā)展進行了展望。　　本書可供從事核聚變及高溫等離子體專業(yè)的科研人員及研究生參考，也可供對人類能源發(fā)展前景感興趣的讀者閱讀。

書籍目錄

序前言第1章 人類的能源需求及對未來能源的展望1.1 我國能源需求的展望1.2 能源的科學(xué)預(yù)測1.3 環(huán)境污染1.4 世界能源需求1.5 裂變核能1.6 聚變核能1.7 核聚變能研究的歷史和現(xiàn)狀1.8 對未來能源的展望1.9 聚變裂變混合堆參考文獻第2章 核物理及等離子體物理中的元過程2.1 高溫等離子體的物理過程2.2 微觀過程與宏觀過程2.3 彈性碰撞2.4 非彈性碰撞2.5 核反應(yīng)的截面、自由程、反應(yīng)時間2.6 熱核等離子體的能量平衡2.7 等離子體內(nèi)熱能的平衡方程2.8 工作過程中的電能平衡2.9 托卡馬克的工作原理2.10 等離子體的加熱第3章 帶電粒子在磁場中的運動3.1 一般概念3.2 均勻、恒定磁場中的單粒子軌道3.3 漂移近似3.4 慢變磁場中的守恒量(寢漸不變量)3.5 粒子在環(huán)形磁場中的運動第4章 磁流體力學(xué)4.1 磁流體力學(xué)方程4.2 感應(yīng)方程磁擴散和凍結(jié)4.3 箍縮效應(yīng)4.4 磁流體力學(xué)波4.5 磁流體力學(xué)激波第5章 等離子體中的波5.1 色散關(guān)系(一般形式)5.2 均勻各向同性等離子體中的振蕩與波5.3 磁場中“冷”等離子體的介電張量、色散關(guān)系5.4 截止與共振色散曲線5.5 “冷”等離子體中平行于磁場方向傳播的波5.6 “冷”等離子體中垂直于磁場方向傳播的波第6章 等離子體中的輸運過程6.1 輸運過程的宏觀處理6.2 等離子體的輸運系數(shù)的動力學(xué)處理6.3 均勻恒穩(wěn)磁場中弱電離等離子體的輸運系數(shù)6.4 等離子體輸運過程的磁流體力學(xué)處理6.5 新經(jīng)典輸運理論及反常擴散第7章 聚變堆設(shè)計7.1 聚變堆設(shè)計的意義7.2 聚變堆設(shè)計的歷史演變7.3 聚變堆設(shè)計的方法與步驟7.4 ITER介紹7.5 ITER設(shè)計資料框圖7.6 EAST參考文獻第8章 堆芯等離子體8.1 等離子體參數(shù)選擇與系統(tǒng)分析8.2 平衡(equi1ibria)8.3 自舉電流8.4 先進的等離子體位形8.5 磁流體力學(xué)穩(wěn)定性(MHD stabi1ity)8.6 堆芯等離子體的約束定標(biāo)8.7 等離子體放電的模擬參考文獻第9章 聚變堆中能量和粒子的控制9.1 聚變堆中能量和粒子的控制9.2 控制能量與粒子的方法9.3 等離子體與材料表面的相互作用(PSI)9.4 與輻射有關(guān)的邊緣物理現(xiàn)象9.5 偏濾器設(shè)計9.6 偏濾器模擬參考文獻第10章 包層10.1 包層的作用10.2 中子輸運方程及理論基礎(chǔ)10.3 嬗變原理、效率、燃耗計算及燃料循環(huán)10.4 能量放大器10.5 多功能包層10.6 放射性完全潔凈動力系統(tǒng).RCNPS10.7 ITER示例10.8 聚變堆可能應(yīng)用的包層示例參考文獻第11章 加熱與驅(qū)動11.1 歐姆加熱與電流感應(yīng)11.2 自舉電流(bootstrap current)的實驗與非感應(yīng)驅(qū)動11.3 扣性束注入(NBI)11.4 離子回旋共振加熱(ICRF)和驅(qū)動11.5 電子回旋共振(ECRF)11.6 低雜波11.7 α粒子加熱參考文獻第12章 磁體與電源12.1 磁體12.2 磁體結(jié)構(gòu)與制造工藝12.3 電源系統(tǒng)12.4 控制系統(tǒng)12.5 低溫系統(tǒng)參考文獻第13章 真空室抽充氣彈丸注入水冷及氚系統(tǒng)13.1 真空室的功能及設(shè)計13.2 抽氣系統(tǒng)13.3 加料系統(tǒng)13.4 水冷系統(tǒng)13.5 氚系統(tǒng)參考文獻第14章 聚變堆中材料的輻照損傷及材料14.1 前言14.2 輻照缺陷產(chǎn)生的過程14.3 輻照缺陷的退火、聚集和輻照腫脹14.4 輻照硬化、脆性和斷裂14.5 輻照生長、蠕變和疲勞14.6 輻照及輻照模擬技術(shù)14.7 聚變堆材料參考文獻第15章 經(jīng)濟評估15.1 經(jīng)濟評估的意義、對象與任務(wù)15.2 聚變能經(jīng)濟學(xué)研究進展15.3 單位電價COE公式的進化過程15.4 各種系統(tǒng)的成本計算模型15.5 從物理、工程到電價及投資的統(tǒng)一計算體系參考文獻第16章 環(huán)境與安全16.1 前言16.2 安全分析的原則與方法16.3 正常運行情況下的安全與防護16.4 事故態(tài)分析16.5 聚變-裂變混合堆中放射性的計算參考文獻第17章 展望17.1 托卡馬克要實現(xiàn)為聚變商用堆，還需在科學(xué)與技術(shù)(R＆D)作很大的努力17.2 D+R聚變堆的第一壁工程限制17.3 托卡馬克各種“先進運行模式”17.4 各種“先進燃料”比較17.5 各種磁約束概念比較17.6 聚變堆作為中子源的前景17.7 低環(huán)徑比托卡馬克參考文獻附錄附錄1 國際單位制(SI)和基本常數(shù)附錄2 公式與數(shù)據(jù)附錄3 元素與一些分子的截面和核參數(shù)附錄4 附邱勵儉個人論文、報告、著作目錄

章節(jié)摘錄

　　第3章　帶電粒子在磁場中的運動　　3.1　一般概念　　如果略去粒子間的相互作用，等離子體就成為大量獨立的帶電粒子的集合體。這樣一來，我們就可以研究單個粒子在外電磁場中的運動。這是比較簡單、比較成熟的問題。在核聚變的研究的參數(shù)范圍內(nèi)，對粒子運動起主要作用的是磁場。在以下討論中，以求解單個帶電粒子在磁場中的運動方程為基礎(chǔ)，同時考慮電場和其他外力對軌道的影響，這就是等離子體的“單粒子圖像”。當(dāng)然，相互作用（庫侖作用）對等離子體的行為有決定性的影響，因而在單粒子圖像中對很多重要現(xiàn)象是無法描述的（如集體行為和弛豫過程）。然而，單粒子圖像可以解釋相當(dāng)多的重要物理過程（如磁場對粒子的約束）。另一方面，即使對于更復(fù)雜的集體效應(yīng)，單粒子圖像也是進一步討論的出發(fā)點。尤其是在那些有復(fù)雜的、較強的磁場中的等離子體弛豫過程的討論，必須以相應(yīng)磁場中的單粒子軌道作為討論的出發(fā)點，否則是很難得到有意義的結(jié)果的。因此，單粒子運動方程的討論是作為研究等離子體物理學(xué)的開始。　　……

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