等離子體科學(xué)

內(nèi)容概要

《等離子體科學(xué)》是由美國國家科學(xué)院國家研究委員會于2004年組織專家組成“等離子體2010委員會”編寫的一份關(guān)于未來十年等離子體科學(xué)和工程領(lǐng)域發(fā)展的評估和前景的報告?！兜入x子體科學(xué)》全面概述了1994～2004十年間等離子體科學(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展（實(shí)際采用數(shù)據(jù)截至2007年）。《等離子體科學(xué)》除了總結(jié)等離子體科學(xué)近期進(jìn)展之外，很重要的一點(diǎn)是向政府科技管理部門提出適時改進(jìn)管理結(jié)構(gòu)以適應(yīng)并進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)科發(fā)展的建議，包括對各學(xué)科分支資助力度的加強(qiáng)。這對于我國各級政府的科技管理部門具有重要的參考價值。
《等離子體科學(xué)》適合高等院校應(yīng)用物理和核工程方面的研究生和研究人員閱讀，同時適合作為政府科技管理部門工作人員的參考資料。

作者簡介

王文浩

書籍目錄

第1章 概述1.1 學(xué)科領(lǐng)域的界定1.2 等離子體科學(xué)與工程的重要性1.3 等離子體科學(xué)與工程的選擇重點(diǎn)1.3.1 生物技術(shù)及健康護(hù)理1.3.2 用等離子體尾場加速粒子1.3.3 磁瓶中的聚變?nèi)紵入x子體1.3.4 磁重聯(lián)與自組織1.3.5 爆丸內(nèi)的聚變點(diǎn)火1.3.6 等離子體物理與黑洞1.4 最新科學(xué)進(jìn)展的關(guān)鍵主題1.4.1 等離子體科學(xué)的預(yù)測能力1.4.2 新的等離子體運(yùn)行模式1.5 等離子體研究的共同知識主線1.6 主要結(jié)論和建議第2章 低溫等離子體科學(xué)與工程2.1 引言及統(tǒng)一的科學(xué)原理2.1.1 等離子體的加熱、穩(wěn)定性和控制2.1.2 效率和選擇性2.1.3 隨機(jī)的、混沌的和集體行為2.1.4 等離子體與表面相互作用2.1.5 塵埃和其他非理想介質(zhì)中的等離子體2.1.6 診斷和預(yù)測模型2.2 最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢2.2.1 甚小面積和甚大面積等離子體在低氣壓和高氣壓條件下的產(chǎn)生、穩(wěn)定性及其控制2.2.2 等離子體與復(fù)雜表面的相互作用2.2.3 復(fù)雜等離子體和液態(tài)等離子體中的湍性的、隨機(jī)的和混沌的行為2.2.4 等離子體行為的可靠的、定量的預(yù)言2.2.5 彌散性高氣壓非平衡等離子體的突現(xiàn)2.3 未來的機(jī)遇2.3.1 等離子體與有機(jī)材料和活體組織之間的相互作用2.3.2 混沌與隨機(jī)過程中等離子體行為的描述方法2.3.3 大面積、均勻、高氣壓等離子體的穩(wěn)定性判據(jù)2.3.4 高溫稠密等離子體與表面的相互作用2.3.5 靈活的非介入診斷技術(shù)2.3.6 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.4 國際前景2.5 學(xué)術(shù)前景2.6 產(chǎn)業(yè)前景2.7 本領(lǐng)域的管理2.8 主要結(jié)論和建議第3章 高能量密度等離子體物理學(xué)3.1 引言3.1.1 高能量密度等離子體物理學(xué)的主要內(nèi)容3.1.2 使能技術(shù)與高能量密度科學(xué)3.2 本項(xiàng)研究的重要性3.2.1 經(jīng)濟(jì)與能源安全3.2.2 國家安全3.2.3 知識的重要性3.2.4 教育和培訓(xùn)的作用3.3 最新進(jìn)展和未來的機(jī)遇3.3.1 慣性約束聚變3.3.2 核武器庫存管理3.3.3 溫稠密物質(zhì)和熱稠密物質(zhì)的性質(zhì)3.3.4 基于等離子體的電子加速器3.3.5 天體物理現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)室模擬3.3.6 高能量密度基礎(chǔ)研究3.4 應(yīng)對挑戰(zhàn)3.5 主要結(jié)論和建議第4章 磁約束聚變等離子體科學(xué)4.1 引言4.1.1 磁約束聚變研究的新時代4.1.2 磁約束聚變概述4.1.3 ITER及其他位形概念的改進(jìn)4.2 本項(xiàng)研究的重要性4.3 最新進(jìn)展和未來的機(jī)遇4.3.1 宏觀穩(wěn)定性與動力學(xué)4.3.2 微觀不穩(wěn)定性、湍流與輸運(yùn)4.3.3 邊緣區(qū)等離子體的性質(zhì)與控制4.3.4 聚變等離子體的波-粒相互作用4.4 主要結(jié)論和建議第5章 空間和天體等離子體5.1 引言5.2 最新進(jìn)展和未來的機(jī)遇5.2.1 宇宙中磁化等離子體結(jié)構(gòu)的起源與演化機(jī)制5.2.2 粒子在宇宙中加速5.2.3 等離子體與非等離子體的相互作用5.3 主要結(jié)論和建議第6章 基礎(chǔ)等離子體科學(xué)6.1 引言6.2 最新進(jìn)展和未來的機(jī)遇6.2.1 非中性等離子體和單成分等離子體6.2.2 超冷電中性等離子體6.2.3 塵埃等離子體6.2.4 激光等離子體和高能量密度等離子體6.2.5 微等離子體6.2.6 湍流和湍性輸運(yùn)6.2.7 發(fā)電機(jī)作用、磁重聯(lián)和磁自組織6.2.8 等離子體波、結(jié)構(gòu)和流動6.3 基礎(chǔ)等離子體研究的改進(jìn)方法6.4 主要結(jié)論和建議6.4.1 大學(xué)級別的研究6.4.2 中等規(guī)模的裝置附錄A 委員會的責(zé)任附錄B 國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆附錄C 國家點(diǎn)火裝置附錄D 聯(lián)邦政府對等離子體科學(xué)與工程研究的支持D.1 能源部D.1.1 能源部聚變能科學(xué)辦公室D.1.2 能源部/OFES對慣性聚變能和高能量密度物理的支持D.1.3 能源部國家核安全管理局(NNSA)D.1.4 能源部/高能物理辦公室主管的先進(jìn)加速器研究發(fā)展計(jì)劃D.2 海軍研究辦公室D.3 國家科學(xué)基金會D.3.1 工程D.3.2 天文學(xué)D.3.3 物理學(xué)D.3.4 國家科學(xué)基金會(能源部)關(guān)于基礎(chǔ)等離子體科學(xué)與工程的合作D.4 國家航空航天局(NASA)附錄E 國家研究委員會關(guān)于等離子體科學(xué)的歷屆報告概述附錄F 委員會會議議程F.1 第一次會議F.2 第二次會議F.3 第三次會議F.4 第四次會議附錄G 委員會成員和工作人員簡介G.1 委員會成員G.2 委員會工作人員

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：2.2.5彌散性高氣壓非平衡等離子體的突現(xiàn)對研究和技術(shù)的日益重視已經(jīng)孕育出能夠在準(zhǔn)連續(xù)基礎(chǔ)上工作的大尺寸、彌散的、高氣壓等離子體。這些等離子體之所以引人注目，是因?yàn)樗鼈兺黄屏藗鹘y(tǒng)等離子的定標(biāo)關(guān)系和穩(wěn)定性的限制。不論是實(shí)際應(yīng)用，還是作為未來低溫等離子體科學(xué)研究的統(tǒng)一平臺，它們都有著輝煌的前景。2.3未來的機(jī)遇低溫等離子體科學(xué)與工程不同于等離子體科學(xué)的其他領(lǐng)域，因?yàn)樗枰獙⒑艽笠徊糠仲Y源投到應(yīng)用上而不是基礎(chǔ)科學(xué)研究上。在低溫等離子體科學(xué)方面，通過資源配置帶來了明顯變化。與為之所付出的努力相比，人們在將等離子體應(yīng)用到解決工業(yè)實(shí)際問題上所付出的總的努力要大得多。因此，確定和關(guān)注那些對于整體領(lǐng)域的發(fā)展來說非常重要，而且無法由行業(yè)來解決的科學(xué)機(jī)遇是至關(guān)重要的。確實(shí)存在著許多這種具有很大影響力的研究領(lǐng)域。這種影響力不僅是對等離子體科學(xué)本身而言，而且也關(guān)乎機(jī)構(gòu)的設(shè)置以及合作和資助的安排。在前面部分我們已經(jīng)討論了這些機(jī)遇，這里僅通過例子就某些具體的挑戰(zhàn)加以闡述。2.3.1等離子體與有機(jī)材料和活體組織之間的相互作用等離子體表面改性的基本問題是：什么樣的等離子體成分應(yīng)被注入表面來實(shí)現(xiàn)預(yù)想的結(jié)果？在表面改性過程中，有哪些成分會返回等離子體中？等離子體科學(xué)家和技術(shù)專家已能夠回答第一個問題——設(shè)想并安排彌散的高氣壓等離子體來提供注入表面所需的特定成分的通量。然而，目前除了用等離子體來消滅病原體之外（相對來說，這對等離子體的選擇性不作要求），還不清楚哪些成分和條件對生物體和生物相容材料有積極影響。要想充分利用等離子體帶來的生物技術(shù)上和醫(yī)療保健上的好處，首先是要了解生物相容性材料和活體組織在與等離子體接觸時的性態(tài)，哪些成分必須在等離子體中產(chǎn)生，哪些成分需要在生物組織的表面（或內(nèi)部）生成。等離子體半導(dǎo)體處理技術(shù)的開發(fā)過程很值得借鑒。早期在理想化系統(tǒng)上（高真空下，表面經(jīng)過精心處理，自由基的通量得到良好控制）進(jìn)行的刻蝕機(jī)制的研究工作對這一領(lǐng)域仍具有持久的樣板價值，盡管半導(dǎo)體處理化學(xué)的變量和復(fù)雜性不可同日而語。半導(dǎo)體處理應(yīng)用還使得等離子體科學(xué)家認(rèn)識到等離子體中反應(yīng)產(chǎn)物的重要性，一個例子是造成待制器件的致命缺陷的顆粒物的形成。等離子體的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用要用到替代生物材料，這種材料的鑒別對這一新興領(lǐng)域的發(fā)展將有很大價值。

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