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(lái)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(shí)，深入淺出的介紹了當(dāng)前磁約束等離子體研究的一些熱點(diǎn)問(wèn)題。作者希望通過(guò)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(rèn)識(shí)，并且希望通過(guò)這本書來(lái)吸引更多的人士從事相關(guān)研究，從而推動(dòng)磁約束聚變研究進(jìn)展。

作者簡(jiǎn)介

作者:(日)菊池滿著;四川大學(xué)等離子物理研究室

書籍目錄

譯者序 前言 第1章人造太陽(yáng)：來(lái)自氫的無(wú)窮能量 1.1大爆炸：聚變?nèi)剂现?1.2太陽(yáng)：受引力約束的聚變反應(yīng)堆 1.3聚變：對(duì)地面人造太陽(yáng)的挑戰(zhàn) 1.4等離子體：物質(zhì)的第四態(tài) 參考文獻(xiàn) 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(gè)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(xiàn) 第3章約束位形：閉合磁場(chǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和力學(xué)平衡 3.1磁場(chǎng)和閉合磁場(chǎng)位形 3.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：沒(méi)有固定點(diǎn)的封閉結(jié)構(gòu) 3.3坐標(biāo)系與環(huán) 3.4場(chǎng)線動(dòng)力學(xué)：磁場(chǎng)的Hamilton動(dòng)力學(xué) 3.5磁面：可積磁場(chǎng)與隱性的對(duì)稱性 3.6通量坐標(biāo)：Hamada和Boozer坐標(biāo) 3.7各態(tài)歷經(jīng)性：圓環(huán)面上密集覆蓋的場(chǎng)線 3.8顯式對(duì)稱性：軸對(duì)稱圓環(huán)的力學(xué)平衡 3.9三維力學(xué)平衡：尋找隱式對(duì)稱性 參考文獻(xiàn) 第4章帶電粒子的運(yùn)動(dòng)：LagrangeHamilton軌道動(dòng)力學(xué) 4.1變分原理：Hamilton原理 4.2Lagrange—Hamilton力學(xué)：電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 4.3Littlejohn變分原理：導(dǎo)心的軌道動(dòng)力學(xué) 4.4軌道動(dòng)力學(xué)：磁面坐標(biāo)中的Hamilton軌道動(dòng)力學(xué) 4.5周期性與不變性：磁矩和縱向絕熱不變量 4.6坐標(biāo)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(dòng)力學(xué) 參考文獻(xiàn) 第5章等離子體動(dòng)理學(xué)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(dòng)力學(xué)和動(dòng)理學(xué)：?jiǎn)误w可逆和集體不可逆方程 5.3Vlasov方程：不變量，時(shí)間反演對(duì)稱性和連續(xù)譜 5.4Landau阻尼：由可逆的方程導(dǎo)致的不可逆現(xiàn)象 5.5Coulomb對(duì)數(shù)：Coulomb場(chǎng)中的集體行為 5.6FokkerPlanck方程：軟Coulomb碰撞的統(tǒng)計(jì)學(xué) 5.7回旋中心動(dòng)理學(xué)：漂移動(dòng)理學(xué)和回旋動(dòng)理學(xué) 參考文獻(xiàn) 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(xué)上來(lái)看 6.2理想磁流體動(dòng)力學(xué)：作用量原理和Hermite算符 6.3能量原理：勢(shì)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(chǎng)的曲率：氣球模與準(zhǔn)模展開(kāi) 6.7流：非Hermite的Frieman-Rotenberg方程 參考文獻(xiàn) 第7章波的動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)原理 7.2Lagrange波動(dòng)力學(xué)：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(xiàn) 第8章碰撞輸運(yùn)：閉合磁位形中的新經(jīng)典輸運(yùn) 8.1無(wú)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(dòng)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(dǎo)率 8.6熱力學(xué)力：自舉電流 8.7動(dòng)量輸入：束驅(qū)動(dòng)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(yùn)：橫越磁場(chǎng)的輸運(yùn) 8.10新經(jīng)典離子熱擴(kuò)散系數(shù)：Coulomb碰撞產(chǎn)生的離子熱擴(kuò)散系數(shù) 參考文獻(xiàn) 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(dòng)力學(xué)概念：動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與吸引子 9.2自組織臨界態(tài)：湍流輸運(yùn)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(duì)湍流的抑制 參考文獻(xiàn) 第10章聚變能的實(shí)現(xiàn) 10.1能源與環(huán)境問(wèn)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(jìn)展 10.3ITER項(xiàng)目和BA（更寬領(lǐng)域研究）計(jì)劃 10.4聚變能是低碳社會(huì)的選擇 參考文獻(xiàn) 后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   本章綜述了聚變能的研究和發(fā)展?fàn)顩r，包括能源與環(huán)境問(wèn)題以及等離子體約束在三大主要聚變研究領(lǐng)域的進(jìn)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(guò)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(jì)劃是作為ITER通向示范堆發(fā)展的補(bǔ)充。減少二氧化碳的排放量是本世紀(jì)的一個(gè)目標(biāo)，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(wèn)題和聚變能 當(dāng)今，聚變能源作為一種無(wú)碳能源，再次成為萬(wàn)眾矚目的焦點(diǎn)。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(chǎng)和臭氧層的建立屏蔽了大部分來(lái)自太陽(yáng)的有害輻射，使得到達(dá)地面的只有光能夠?yàn)樯?。另外一方面?6億年前，二氧化碳?xì)怏w的壓強(qiáng)有數(shù)十個(gè)大氣壓，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)使地球處于高溫下，后來(lái)減少到只有0.0003個(gè)大氣壓才為動(dòng)植物的生活創(chuàng)造了適宜的溫度環(huán)境（現(xiàn)在二氧化碳?xì)怏w只有7500億噸）。 化石燃料能源是由碳經(jīng)過(guò)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(jì)是一個(gè)臨界的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由工業(yè)革命（1760～1800）開(kāi)始的機(jī)械文明引起大規(guī)模的能源消耗，對(duì)諸如煤炭、石油和天然氣等能源使用量日益擴(kuò)大。如圖10.2所示，隨著發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)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(gè)開(kāi)始，一個(gè)消耗巨大能源的時(shí)代開(kāi)始于21世紀(jì)，NN發(fā)N0國(guó)家占世界人口的3／4，在追求富裕生活水平的過(guò)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(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生介紹這個(gè)學(xué)科，希望他們?cè)谖磥?lái)選擇工作時(shí)會(huì)對(duì)此感興趣。自1958年磁約束聚變研究開(kāi)始的50多年以來(lái)，人們對(duì)等離子體磁約束科學(xué)進(jìn)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(huì)發(fā)現(xiàn)其從事的研究與磁約束等離子體在科學(xué)原理上存在的共性和差異，從而有所借鑒。

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