等離子體物理與聚變能

前言

隨著能源問題和環(huán)境問題日益突出，人們對未來的能源選擇變得興趣大增。特別是隨著中國加入國際熱核聚變堆（ITER）項目建設(shè)，“ITER”一如當(dāng)年“哥德巴赫猜想”一詞，已成為媒體和普通民眾經(jīng)常使用的熱詞。應(yīng)當(dāng)說，近30年來磁約束聚變研究的發(fā)展，已使得面向反應(yīng)堆的聚變工程研究變得與等離子體物理研究同樣引入矚目。為適應(yīng)這一形勢和學(xué)科布局發(fā)展的需要，國內(nèi)（大陸）很多有條件的高校紛紛開設(shè)了面向聚變研究的專業(yè)方向。這樣，原先主要以高溫等離子體物理內(nèi)容為主的教材就顯得不能很好地滿足當(dāng)前的需要。這本最新出版的（2007年版）美國麻省理工學(xué)院的教材《等離子體物理與聚變能》，正是以聚變反應(yīng)堆建設(shè)為目標(biāo)（而不是像以往教材那樣僅僅是背景）來展開敘述的，特別適合用來彌補目前流行教材的不足。因此在科學(xué)／乜版社的大力幫助下，我們組織力量將它翻譯介紹到國內(nèi)來。

內(nèi)容概要

本書是在麻省理工學(xué)院的研究生課程“等離子體物理和聚變能”的一系列講義的基礎(chǔ)上形成的。內(nèi)容敘述從世界能源需求的概述開始，然后是目前的能源生產(chǎn)方法、聚變在未來的潛在作用等。全書包括兩部分，前一部分論述能源問題，諸如聚變能的產(chǎn)生、功率平衡、簡單聚變反應(yīng)堆的設(shè)計等；后一部分講述聚變能發(fā)展所面臨的基本等離子體物理學(xué)問題，包括宏觀平衡和穩(wěn)定、輸運和加熱等問題?！　”緯m合應(yīng)用物理和核工程方面的研究生和研究人員閱讀。書中搜集的作者在過去二十多年的教學(xué)過程中積累的大量習(xí)題有助于讀者對各章內(nèi)容的理解。

作者簡介

作者：（美國）Jeffrey Freidberg 譯者：王文浩 等

書籍目錄

第一部分　聚變能　第1章　聚變與世界能源　　1.1　引言　　1.2　現(xiàn)有的能源方式　　1.3　聚變能的作用　　1.4　本章總結(jié)　　參考書目　　　第2章　聚變反應(yīng)　　2.1　引言　　2.2　核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)　　2.3　裂變核能　　2.4　聚變核能　　2.5　結(jié)合能曲線　　2.6　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第3章　聚變功率的產(chǎn)生　　3.1　引言　　3.2　截面、平均自由程和碰撞頻率的概念　　3.3　反應(yīng)速率　　3.4　分布函數(shù)、聚變截面、聚變功率密度　　3.5　輻射損失　　3.6　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第4章　聚變反應(yīng)堆功率平衡　　4.1　引言　　4.2　零維能量守恒關(guān)系　　4.3　磁約束聚變的一般功率平衡關(guān)系　　4.4　穩(wěn)態(tài)零維功率平衡　　4.5　等離子體內(nèi)的功率平衡　　4.6　反應(yīng)堆功率平衡　　4.7　聚變反應(yīng)堆的時變功率平衡　　4.8　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第5章　簡單磁約束聚變反應(yīng)堆設(shè)計　　5.1　引言　　5.2　一般磁約束聚變反應(yīng)堆　　5.3　反應(yīng)堆關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)計算　　5.4　設(shè)計目標(biāo)，工程和核物理方面的基本限制　　5.5　反應(yīng)堆設(shè)計　　5.6　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　第二部分　聚變能等離子體物理學(xué)　第6章　磁約束聚變概述　　6.1　引言　　6.2　等離子體的基本描述　　6.3　單粒子行為　　6.4　，自洽模型　　6.5　磁流體力學(xué)平衡及其穩(wěn)定性　　6.6　磁約束聚變概念　　6.7　輸運　　6.8　加熱和電流驅(qū)動　　6.9　聚變研究的未來　　參考書目　　　第7章　聚變等離子體定義　　7.1　引言　　7.2　等離子體對穩(wěn)恒電場的屏蔽——德拜長度　　7.3　等離子體對振蕩電場的屏蔽——等離子體頻率　　7.4　低碰撞頻率和集體效應(yīng)　　7.5　對磁約束聚變等離子體的額外約束　　7.6　宏觀行為和碰撞的關(guān)系　　7.7　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第8章　單粒子運動——導(dǎo)心理論　　8.1　引言　　8.2　單粒子運動的基本性質(zhì)　　8.3　均勻穩(wěn)恒磁場中的運動　　8.4　穩(wěn)恒磁場B和電場E下的運動：E×B漂移　　8.5　垂直梯度的場下的運動：VB漂移　　8.6　彎曲磁場中的運動：曲率漂移　　8.7　真空磁場中V漂移和V漂移的綜合　　8.8　時變電場z和磁場B中的運動：極化漂移　　8.9　平行梯度場下的運動：磁矩和磁鏡　　8.10　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第9章　單粒子運動——庫侖碰撞　　9.1　引言　　9.2　庫侖碰撞——數(shù)學(xué)推導(dǎo)　　9.3　試探粒子碰撞頻率　　9.4　再論磁鏡　　9.5　高能離子的慢化　　9.6　逃逸電子　　9.7　凈交換碰撞　　9.8　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第10章　自洽的雙流體模型　　10.1　引言　　10.2　流體模型的性質(zhì)　　10.3　質(zhì)量守恒　　10.4　動量守恒　　10.5　能量守恒　　10.6　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第11章　磁流體力學(xué)——宏觀平衡　　11.1　宏觀平衡和穩(wěn)定性的基本問題　　11.2　從雙流體模型推導(dǎo)磁流體力學(xué)模型　　11.3　從導(dǎo)心理論推導(dǎo)磁流體力學(xué)模型　　11.4　磁流體力學(xué)平衡——定性描述　　11.5　磁流體力學(xué)平衡模型的基本性質(zhì)　　11.6　徑向壓強平衡　　11.7　環(huán)向力平衡　　11.8　本章總結(jié)　　參考書目　　習(xí)題　　　第12章　磁流體力學(xué)——宏觀穩(wěn)定性　　12.1　引言　　12.2　穩(wěn)定性的一般概念　　12.3　磁流體力學(xué)不穩(wěn)定性的物理圖像　　12.4　理想磁流體力學(xué)穩(wěn)定性問題的一般方程　　12.5　無限大均勻等離子體——磁流體力學(xué)波　　12.6　直線.箍縮　　12.7　直線Z箍縮中的m＝O?！　?2.8　直線Z箍縮中的m＝1模　　12.9　本章總結(jié)　　……　第13章　磁約束聚變概念　第14章　輸運　第15章　加熱與電流驅(qū)動　第16章　聚變研究的未來附錄　

章節(jié)摘錄

插圖：眾所周知，多年來，生活質(zhì)量標(biāo)準直接與能量消耗成正比。能源在食品生產(chǎn)、家庭取暖與照明、工業(yè)設(shè)備運行、提供公共與私人交通以及通信保障等方面必不可少。一般來講，高質(zhì)量的生活需要由價格合理的充足的能量消耗來保證。盡管人們已經(jīng)認識到這些，但現(xiàn)今世界大部分地區(qū)的能源狀況卻不容樂觀，并且情況不是在好轉(zhuǎn)而是變得越來越糟。簡單地說，就是對新的產(chǎn)能持續(xù)增長的需求超過了現(xiàn)有資源配置條件下具有經(jīng)濟可行性和環(huán)境友好型方法所能取得的供給。這些需求中，有些來自如北美、西歐和日本等世界工業(yè)化區(qū)域?qū)δ茉词褂玫某掷m(xù)增長，還有很大一部分則來自于正處于快速工業(yè)化過程中的國家，如中國和印度。幾乎所有關(guān)于未來能量消耗的預(yù)測都指出，到2100年，世界能源需求量將至少是目前能源消耗量的兩倍。加劇能源供給矛盾的一個重要問題是環(huán)境的惡化。特別是有越來越多的證據(jù)表明，溫室氣體排放已開始對環(huán)境產(chǎn)生明顯的副作用。如果不存在溫室氣體排放的問題，那么通過增加煤的使用就可以大大緩解能源供給短缺的問題。地球上煤的儲量十分充足，然而，如果要減少未來溫室氣體的排放，那么對主要化石燃料（煤、天然氣、石油）的產(chǎn)能就需要設(shè)定一個限制。測算表明，現(xiàn)已探明的天然氣和石油儲量將在未來幾十年內(nèi)消耗殆盡，這將使問題變得更加復(fù)雜，而溫室氣體對環(huán)境的影響是我們必須正視的一個問題。因此在下面的討論中，我們將把能源生產(chǎn)過程中減少溫室氣體的排放作為一個重要的考慮因素。

媒體關(guān)注與評論

“這本書很值得一讀。這是目前我見到的對當(dāng)前聚變科學(xué)和等離子體物理研究現(xiàn)狀論述得最全面、對主題處理得最簡明的一本教材。它對所觸及的大部分概念都給出了嚴格的數(shù)學(xué)描述，同時又不乏新鮮活潑的直觀圖像，因此值得強力推薦?！薄　　猅.J.Dolan（Fusion Science and Technology一書作者）

編輯推薦

《等離子體物理與聚變能》適合應(yīng)用物理和核工程方面的研究生和研究人員閱讀。書中搜集的作者在過去二十多年的教學(xué)過程中積累的大量習(xí)題有助于讀者對各章內(nèi)容的理解。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    等離子體物理與聚變能 PDF格式下載

---