聚變研究物理

內(nèi)容概要

《聚變研究物理》是原作者根據(jù)自己從業(yè)25年來的科研經(jīng)歷，從基礎(chǔ)等離子體理論出發(fā)所編寫的一本基礎(chǔ)等離子體書籍，《聚變研究物理》在講解等離子體體物理基礎(chǔ)理論的同時，深入淺出的介紹了當前磁約束等離子體研究的一些熱點問題。作者希望通過這本書能夠讓具備一定物理基礎(chǔ)的人士能夠?qū)Φ入x子體物理有一定的認識，并且希望通過這本書來吸引更多的人士從事相關(guān)研究，從而推動磁約束聚變研究進展。

作者簡介

作者:(日)菊池滿著;四川大學等離子物理研究室

書籍目錄

譯者序 前言 第1章人造太陽：來自氫的無窮能量 1.1大爆炸：聚變?nèi)剂现?1.2太陽：受引力約束的聚變反應(yīng)堆 1.3聚變：對地面人造太陽的挑戰(zhàn) 1.4等離子體：物質(zhì)的第四態(tài) 參考文獻 第2章氫聚變：輕核與聚變反應(yīng)理論 2.1聚變：核聚變 2.2氘：由中子和質(zhì)子結(jié)合成的弱束縛核 2.3氚：釋放電子和中微子的核 2.4中子：不帶電的基本粒子 2.5氦：具有一個幻數(shù)的穩(wěn)定元素 2.6聚變截面：隧道效應(yīng)和共振 參考文獻 第3章約束位形：閉合磁場的拓撲結(jié)構(gòu)和力學平衡 3.1磁場和閉合磁場位形 3.2拓撲結(jié)構(gòu)：沒有固定點的封閉結(jié)構(gòu) 3.3坐標系與環(huán) 3.4場線動力學：磁場的Hamilton動力學 3.5磁面：可積磁場與隱性的對稱性 3.6通量坐標：Hamada和Boozer坐標 3.7各態(tài)歷經(jīng)性：圓環(huán)面上密集覆蓋的場線 3.8顯式對稱性：軸對稱圓環(huán)的力學平衡 3.9三維力學平衡：尋找隱式對稱性 參考文獻 第4章帶電粒子的運動：LagrangeHamilton軌道動力學 4.1變分原理：Hamilton原理 4.2Lagrange—Hamilton力學：電磁場中的運動 4.3Littlejohn變分原理：導心的軌道動力學 4.4軌道動力學：磁面坐標中的Hamilton軌道動力學 4.5周期性與不變性：磁矩和縱向絕熱不變量 4.6坐標不變性：非正則變分原理與Lie變換 4.7Lie微擾論：回旋中心軌道動力學 參考文獻 第5章等離子體動理學理論：相空間集體方程 5.1相空間：Liouville定理和Poincare重現(xiàn)定理 5.2動力學和動理學：單體可逆和集體不可逆方程 5.3Vlasov方程：不變量，時間反演對稱性和連續(xù)譜 5.4Landau阻尼：由可逆的方程導致的不可逆現(xiàn)象 5.5Coulomb對數(shù)：Coulomb場中的集體行為 5.6FokkerPlanck方程：軟Coulomb碰撞的統(tǒng)計學 5.7回旋中心動理學：漂移動理學和回旋動理學 參考文獻 第6章磁流體不穩(wěn)定性：能量原理、流與耗散 6.1穩(wěn)定性——從拓樸學上來看 6.2理想磁流體動力學：作用量原理和Hermite算符 6.3能量原理：勢能和譜 6.4Newcomb方程：理想MHD的Euler—Lagrange方程 6.5磁張力：扭曲模與撕裂模 6.6磁場的曲率：氣球模與準模展開 6.7流：非Hermite的Frieman-Rotenberg方程 參考文獻 第7章波的動力學原理：波在非均勻等離子體中的傳播與諧振 7.1程函方程：波傳播的動力學原理 7.2Lagrange波動力學：理想與耗散系統(tǒng) 7.3等離子體電介質(zhì)：“冷”、“熱”等離子體 7.4非均勻等離子體：Alfven波共振與連續(xù)波譜 7.5漂移波：約束等離子體中的波 參考文獻 第8章碰撞輸運：閉合磁位形中的新經(jīng)典輸運 8.1無碰撞等離子體：矩方程和新經(jīng)典黏性系數(shù) 8.2不可壓縮流：磁面上的一階流 8.3摩擦力和黏性力：動量和熱流平衡 8.4平行電流：廣義Ohm定律 8.5捕獲粒子效應(yīng)：電導率 8.6熱力學力：自舉電流 8.7動量輸入：束驅(qū)動電流 8.8旋轉(zhuǎn)：環(huán)向旋轉(zhuǎn)和離子、雜質(zhì)和電子間的通量關(guān)系 8.9新經(jīng)典輸運：橫越磁場的輸運 8.10新經(jīng)典離子熱擴散系數(shù)：Coulomb碰撞產(chǎn)生的離子熱擴散系數(shù) 參考文獻 第9章等離子體湍流：自組織現(xiàn)象的臨界性及其局域崩塌 9.1非線性動力學概念：動力學系統(tǒng)與吸引子 9.2自組織臨界態(tài)：湍流輸運和臨界溫度梯度 9.3混沌吸引子：等離子體漂移波滿流中的三波相互作用 9.4結(jié)構(gòu)的形成：剪切流與帶狀流對湍流的抑制 參考文獻 第10章聚變能的實現(xiàn) 10.1能源與環(huán)境問題和聚變能 10.2聚變等離子體條件與三大托卡馬克約束研究的進展 10.3ITER項目和BA（更寬領(lǐng)域研究）計劃 10.4聚變能是低碳社會的選擇 參考文獻 后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   本章綜述了聚變能的研究和發(fā)展狀況，包括能源與環(huán)境問題以及等離子體約束在三大主要聚變研究領(lǐng)域的進展，即托卡馬克磁約束、磁螺旋約束和激光核聚變的慣性約束。描述了ITER旨在通過托卡馬克約束概念下利用氘一氚聚變能產(chǎn)生和控制面廣的途徑量，日本的BA（更寬領(lǐng)域研究）計劃是作為ITER通向示范堆發(fā)展的補充。減少二氧化碳的排放量是本世紀的一個目標，而聚變能將有可能在改善能量供求結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用。 10.1能源與環(huán)境問題和聚變能 當今，聚變能源作為一種無碳能源，再次成為萬眾矚目的焦點。據(jù)我們所知，地球是唯一有生命存在的行星。地球形成于46億年前，地磁場和臭氧層的建立屏蔽了大部分來自太陽的有害輻射，使得到達地面的只有光能夠為生命所用。另外一方面，46億年前，二氧化碳氣體的壓強有數(shù)十個大氣壓，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)使地球處于高溫下，后來減少到只有0.0003個大氣壓才為動植物的生活創(chuàng)造了適宜的溫度環(huán)境（現(xiàn)在二氧化碳氣體只有7500億噸）。 化石燃料能源是由碳經(jīng)過幾十億年的地下沉積而形成的。如圖10.1所示，在人類使用能源的歷史上，20世紀是一個臨界的轉(zhuǎn)折點。由工業(yè)革命（1760～1800）開始的機械文明引起大規(guī)模的能源消耗，對諸如煤炭、石油和天然氣等能源使用量日益擴大。如圖10.2所示，隨著發(fā)達國家對化石能源的使用量的倍增，大量的二氧化碳（1999年有63.2億噸）被排放到大氣中。然而，這僅僅是個開始，一個消耗巨大能源的時代開始于21世紀，NN發(fā)N0國家占世界人口的3／4，在追求富裕生活水平的過程中，加速了能源的消耗?；茉窗稍偕茉春头强稍偕茉丛趦?nèi)的所有化石能源約50億噸，如果它們?nèi)咳紵脑?，產(chǎn)生的二氧化碳將是現(xiàn)在大氣中二氧化碳量的6.4倍。

編輯推薦

《聚變研究物理》旨在系統(tǒng)概述核聚變和等離子體約束研究中的最新物理原理，向已具備量子論和分析力學基礎(chǔ)的學生介紹這個學科，希望他們在未來選擇工作時會對此感興趣。自1958年磁約束聚變研究開始的50多年以來，人們對等離子體磁約束科學進行了系統(tǒng)的研究。希望將《聚變研究物理》介紹給其他領(lǐng)域的研究人員，他們可能會發(fā)現(xiàn)其從事的研究與磁約束等離子體在科學原理上存在的共性和差異，從而有所借鑒。

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