等離子體物理

前言

受控?zé)岷司圩冄芯恐荚谔剿餍履茉?，因此它是?dāng)代備受世人矚目的重大研究課題。半個(gè)多世紀(jì)以來，經(jīng)過世界各國科學(xué)家的努力探索，磁約束核聚變裝置（托卡馬克）現(xiàn)在已進(jìn)入能源開發(fā)工程的實(shí)驗(yàn)階段。特別是2006年11月21日，中國、歐盟、美國、俄羅斯、日本、韓國和印度七方代表在巴黎正式簽署了《國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（International Yhermonuclear Experimental Reactor，ITER）聯(lián)合實(shí)施協(xié)定》，這標(biāo)志著ITER計(jì)劃進(jìn)入了正式實(shí)施和開工建設(shè)階段。為滿足核聚變研究發(fā)展的新形勢(shì)和我國參加ITER國際合作計(jì)劃的需要，大力培養(yǎng)核聚變和等離子體物理人才是一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)。為此，北京大學(xué)決定在物理學(xué)院恢復(fù)、重建等離子體物理學(xué)科，2009年1月6日北京大學(xué)研究生院正式批準(zhǔn)在物理學(xué)一級(jí)學(xué)科下設(shè)立等離子體物理二級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)。為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略、空間研究與開發(fā)以及參加ITER國際合作計(jì)劃培養(yǎng)高素質(zhì)人才。早在1959年秋，北京大學(xué)原子能系（后來改稱技術(shù)物理系）在系主任、我國著名核科學(xué)家胡濟(jì)民先生領(lǐng)導(dǎo)下，就著手籌建核聚變和等離子體物理學(xué)科，并積極與原子能所（現(xiàn)中國原子能研究院）14室開展合作，加速學(xué)校核聚變和等離子體物理學(xué)科建設(shè)。胡濟(jì)民先生與理論物理學(xué)家、原子能所14室主任王承書先生共同指導(dǎo)，在14室組織我國第一批參加核聚變研究的年青科技人員，學(xué)習(xí)等離子體物理，為我國培養(yǎng)了第一批核聚變和等離子體物理研究人才，并積極開展核聚變研究工作。作者也有幸與原子能所14室年青科技人員一起，在胡濟(jì)民、王承書兩位物理學(xué)家（后來都當(dāng)選中科院院士）關(guān)懷、指導(dǎo)下，共同學(xué)習(xí)等離子體物理，開展核聚變研究工作。

內(nèi)容概要

本書比較系統(tǒng)地介紹了等離子體物理的基本概念、基本原理和描述問題及處理問題的方法。書中著重突出物理概念和物理原理，也有必要的數(shù)學(xué)描述和推導(dǎo)。全書共7章，內(nèi)容包括：聚變能利用和研究進(jìn)展、等離子體基本性質(zhì)及相關(guān)概念、單粒子軌道理論、磁流體力學(xué)、等離子體波、庫侖碰撞與輸運(yùn)過程和動(dòng)理學(xué)方程簡介。這些內(nèi)容都是從事核聚變和等離子體物理及相關(guān)學(xué)科研究人員所必需的，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)核聚變與等離子體物理及相關(guān)學(xué)科專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。為教學(xué)使用和學(xué)生學(xué)習(xí)方便，本書編有附錄和習(xí)題，供查閱選用。    本書適合于核聚變、等離子體物理、空間物理以及基礎(chǔ)和應(yīng)用等離子體物理方向的高年級(jí)本科生、研究生和研究人員使用。

書籍目錄

第1章 聚變能利用和研究進(jìn)展  1.1 聚變反應(yīng)和聚變能    1.聚變反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)    2.聚變的燃料資源豐富    3.聚變反應(yīng)是巨大太陽能的來源  1.2 聚變能利用原理    1.聚變能利用的困難    2.受控?zé)岷朔磻?yīng)條件——?jiǎng)谏袚?jù)與點(diǎn)火條件  1.3 實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng)的途徑    1.磁約束——利用磁場(chǎng)約束等離子體    2.慣性約束——激光核聚變  1.4 磁約束原理及其發(fā)展歷史    1.磁鏡裝置    2.環(huán)形磁場(chǎng)裝置    3.托卡馬克裝置進(jìn)展  1.5 慣性約束——激光核聚變    1.激光核聚變發(fā)展歷史    2.激光核聚變基本原理    3.激光核聚變勞森判據(jù)    4.慣性約束激光核聚變的研究進(jìn)展    1.6 國際熱核試驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃    1.ITER計(jì)劃形成的歷史過程    2.ITER計(jì)劃目標(biāo)和主要設(shè)計(jì)參數(shù)第2章 等離子體基本性質(zhì)及相關(guān)概念  2.1 等離子體與等離子體物理學(xué)    1.等離子體    2.等離子體物理學(xué)  2.2 等離子體的基本性質(zhì)    1.電荷屏蔽現(xiàn)象與等離子體準(zhǔn)電中性    2.等離子體振蕩與等離子體振蕩頻率    3.等離子體的碰撞      4.等離子體的定義    5.等離子體輻射  2.3 等離子體參量與分類    1.等離子體參量    2.等離子體分類    2.4 等離子體的描述方法    1.單粒子軌道描述法    2.磁流體描述法    3.統(tǒng)計(jì)描述法    4.粒子模擬法第3章 單粒子軌道理論  3.1 帶電粒子在均勻恒定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)  3.2電場(chǎng)引起的漂移    1.電場(chǎng)引起的漂移    2.其他外力引起的漂移  3.3 帶電粒子在緩慢變化的電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)  3.4 帶電粒子在不均勻磁場(chǎng)中的漂移    1.梯度漂移    2.曲率漂移  3.5 浸漸不變量及其應(yīng)用    1.磁矩不變性與磁鏡約束原理    2.磁鏡約束原理    3.縱向不變量J與費(fèi)米加速    4.地球輻射帶與磁通不變量  3.6 帶電粒子在環(huán)形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)    1.帶電粒子在簡單環(huán)形磁場(chǎng)中的漂移    2.磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)變換    3.托卡馬克裝置磁場(chǎng)位形和約束原理第4章 磁流體力學(xué)  4.1 速度矩及矩方程    1.速度矩    2.速度矩方程  4.2 等離子體的雙流體力學(xué)方程    1.連續(xù)性方程    2.運(yùn)動(dòng)方程    3.能量方程    4.等離子體雙流體力學(xué)方程組  4.3 磁（單）流體力學(xué)方程    1.磁流體力學(xué)方程  ……第5章 等離子體波第6章 庫侖碰撞與輸運(yùn)過程第7章 動(dòng)理學(xué)方程簡介附錄習(xí)題主要參考書

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 聚變能利用和研究進(jìn)展本章先介紹聚變反應(yīng)、聚變能利用原理、聚變能利用條件、實(shí)現(xiàn)聚變能利用的途徑、方法和當(dāng)前研究的進(jìn)展，為學(xué)習(xí)等離子體物理提供一個(gè)背景和討論的平臺(tái)。然后介紹等離子體的性質(zhì)、特點(diǎn)和研究方法。1.1 聚變反應(yīng)和聚變能1.聚變反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，放射性發(fā)現(xiàn)之后，太陽能的來源很快地被揭開。英國化學(xué)家和物理學(xué)家阿斯頓(Aston)利用攝譜儀進(jìn)行同位素研究，他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，氦-4質(zhì)量比組成氦的2個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子的質(zhì)量之和大約小1％(質(zhì)量虧損)。這一質(zhì)量虧損的結(jié)果為實(shí)現(xiàn)核聚變并釋放能量提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同一時(shí)期，盧瑟福也提出，能量足夠大的輕核碰撞后，可能發(fā)生聚變反應(yīng)。1929年英國的阿特金森（R.de Atkinson）和奧地利的胡特斯曼（F.G.Hout-ersman）證明氫原子聚變?yōu)楹さ目赡苄?，并認(rèn)為太陽上進(jìn)行的就是這種輕核聚變反應(yīng)。1932年美國化學(xué)家尤里（Urey）發(fā)現(xiàn)氫同位素氘（重氫，用D表示），為此，1934年他獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

編輯推薦

《等離子體物理》為北京大學(xué)出版社出版。

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