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第1章 惯性约束聚变的基本原理 1

1.1引言 1

1.2实现惯性约束聚变的基本条件 4

1.3实现惯性约束聚变的主要技术途径 6

1.3.1内爆增压技术 6

1.3.2氘氚中心点火与热核燃烧 7

1.4惯性聚变能发电的基本原理 9

参考文献 13

第2章 激光的传播与吸收 14

2.1引言 14

2.2等离子体的基本概念 14

2.2.1德拜屏蔽长度 15

2.2.2电子等离子体频率 16

2.2.3电子被离子散射偏转90°的时间 18

2.3激光在等离子体中传播的波动方程和色散关系 20

2.4激光在非均匀等离子体中传播的WKB解 22

2.5激光在常密度梯度等离子体中传播的解析解 25

2.6斜入射激光在非均匀等离子体中的传播与共振吸收 28

2.6.1斜入射S——极化光波 29

2.6.2斜入射P——极化光波和共振吸收 30

2.7激光在等离子体中的碰撞吸收 34

2.7.1光波包括碰撞阻尼时的色散关系 34

2.7.2激光的逆韧致吸收系数 38

2.7.3逆韧致吸收的非线性减小 38

2.8参量过程 40

2.9激光束的几何光学近似 41

2.9.1激光束的几何光路方程 41

2.9.2激光几何光路的物理解释 43

2.9.3几何光路方程在一种特殊情况下的解 45

2.9.4几何光路的数值求解 46

2.9.5沿激光传播路径的逆韧致吸收 46

2.10碰撞阻尼系数的推导 50

参考文献 54

第3章 激光与靶耦合晕区物理 55

3.1引言 55

3.2高功率斜入射激光与高Z靶耦合非局域吸收的理论模型 58

3.2.1激光的传播和能量沉积 59

3.2.2原子的离化和X射线的发射机制 62

3.2.3激光平面靶耦合的流体力学方程组 64

3.2.4分区求解 65

3.2.5整体解、激光吸收效率和X射线转换效率 68

3.3三温或多温电子等离子体的自由膨胀模型 72

3.3.1描述一维平面三温电子等离子体自由膨胀的列方程组 73

3.3.2相似解与离子的速度分布 74

3.4超热电子的阻止功率及其在慢化过程中产生的韧致谱 80

3.4.1超热电子在等离子体中的能耗机制及其阻止功率 81

3.4.2超热电子的韧致谱 84

3.5激光与腔靶耦合产生的超热电子和快离子 88

3.5.1硬X射线的穿透率 88

3.5.2硬x射线的角分布 90

3.5.3超热电子转换成硬x射线的效率 91

3.5.4超热电子的能量和数目 91

参考文献 93

第4章 电子热传导和电子烧蚀压 95

4.1激光等离子体的流场分布 95

4.2电子经典热传导 97

4.3经典热传导的局限性和多群限流扩散 100

4.4非局域电子热输运 102

4.5影响电子热输运的其它因素 104

4.6实验观察到的热流受阻现象 105

4.7在数值模拟计算中电子热传导的唯象处理 107

4.8电子烧蚀压与激光吸收功率密度的定标关系 109

4.8.1电子烧蚀的理论模型 109

4.8.2电子烧蚀压的实验测量结果 113

参考文献 114

第5章 激光—X射线转换物理 116

5.1引言 116

5.2激光等离子体的空间特性 118

5.3激光等离子体的非平衡特性和弛豫时间 119

5.3.1带电粒子的弛豫时间 119

5.3.2辐射与物质相互作用的弛豫过程 122

5.4简化的原子动力学模型 127

5.4.1平均原子模型 128

5.4.2离化势的改进计算公式 131

5.5束缚电子占据数概率Pn方程的建立 132

5.5.1光电吸收和光电复合发射 132

5.5.2电子碰撞电离和碰撞复合 135

5.5.3电子碰撞激发与退激发 136

5.5.4谱线吸收与谱线发射 140

5.5.5总的Pn动力学方程组 142

5.6X射线的发射速率和吸收系数 143

5.6.1 X射线能量发射速率和吸收系数 143

5.6.2光子的发射和吸收概率 144

5.6.3电子和光子能量方程中的能量交换项 146

5.7几种简化的等离子体模型 147

5.7.1局部热动平衡模型 148

5.7.2电晕模型和碰撞辐射模型 149

5.7.3多次电离离化度的近似计算方法 150

5.8数值模拟激光—X射线转换的物理方程组 157

5.8.1流体力学方程组 157

5.8.2在能量方程中的源项和能量交换项 160

5.9激光产生的X射线特性 163

5.9.1非平衡电离与复合 163

5.9.2 X射线的发射机制 163

5.9.3 X射线转换的空间分布 163

5.9.4 X射线发射的能谱特性 164

5.9.5 X射线发射的时间特性 164

5.10腔靶辐射场的定标规律 164

5.10.1解析规律 164

5.10.2定标规律的数值模拟研究 166

参考文献 166

第6章 内爆动力学 168

6.1激光聚变核物理基础 168

6.1.1库仑势垒 168

6.1.2热核反应 169

6.1.3热核反应速率 171

6.1.4核聚变反应 173

6.1.5次级带电粒子的能量 174

6.1.6热核反应截面 175

6.2实现激光聚变的两种途径 178

6.2.1两种驱动方式 178

6.2.2聚变靶丸的理论分析 179

6.2.3球形靶丸的内爆效率 195

6.2.4辐射烧蚀规律的辐射流体力学描述 199

6.3实现高压缩度的方法 219

6.3.1实现等熵压缩对驱动源脉冲的要求 219

6.3.2防止超热电子和硬X射线对燃料的预热 223

6.4状态方程 225

6.4.1理想气体状态方程 225

6.4.2费米简并电子气体 227

6.4.3托马斯—费米模型 228

6.4.4托马斯—费米—狄拉克理论 229

6.4.5辐射能和辐射压 230

6.4.6部分电离等离子体的理想气体状态方程 232

6.5数值模拟内爆和热核燃烧的辐射流体力学方程组 235

6.6点火条件和能量增益 240

6.6.1点火条件 240

6.6.2热核增益 245

6.7惯性约束聚变的进展与展望 251

参考文献 254

第7章 对称性和流体力学不稳定性 256

7.1引言 256

7.2流体力学不稳定性的实验研究 257

7.3内爆对驱动源辐照均匀性的要求 270

7.4流体力学不稳定性的理论描述 275

7.5理想流体的平面瑞利—泰勒不稳定性 278

7.5.1不可压流体力学方程组 278

7.5.2物质界面上的条件 279

7.5.3 Taylor不稳定性 281

7.5.4 Richtmyer-Meshkov（R-M）不稳定性 284

7.5.5 Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定性 285

7.6烧蚀致稳效应 287

7.7多模非线性发展的开始 289

7.8具有二阶模耦合的模态模型 293

7.8.1二阶模耦合方程 294

7.8.2饱和开关和饱和后的模耦合 297

参考文献 299

第8章 输运理论概要 301

8.1输运理论的研究对象和研究内容 301

8.2输运方程 304

8.2.1粒子分布函数 304

8.2.2输运方程一般形式的推导 308

8.2.3各种粒子输运理论的扼要比较 318

8.2.4在轴对称圆柱坐标系中输运方程的形式 324

8.2.5考虑流体力学运动时输运方程的形式 327

8.3输运方程的求解 330

8.3.1单群和多群近似 331

8.3.2对粒子运动方向Ω的近似 336

8.4辐射输运方程 351

8.4.1辐射输运方程的建立 351

8.4.2扩散近似和Rosseland辐射平均自由程 355

8.5几何自由程 358

8.6在介质运动情况下光子的扩散方程 361

参考文献 370

第9章 激光聚变“快点火”物理基础 371

9.1引言 371

9.2等密度内爆预压缩和能量增益 372

9.2.1内爆预压缩所需的能量 372

9.2.2能量增益 373

9.3“快点火”点火物理 376

9.3.1点火与低倍增益 376

9.3.2点火所需能量和快点火的其它优越性 376

9.4超强激光与等离子体相互作用 378

9.4.1相对论电子动力学 379

9.4.2超强激光和次临界等离子体的相互作用 383

9.4.3超强激光在稠密等离子体中的传输 386

9.4.4超热电子流和强磁场 387

9.4.5超热电子在稠密等离子体中的传输 388

参考文献 393

附录A 量纲分析和自型解 396

A.1引言 396

A.2量纲和量纲公式 397

A.3π定理 399

A.4求无量纲组合的步骤 400

A.5判断量纲相关和无关的方法 402

A.6辐射热传导方程的自型解 408

A.6.1常温驱动的辐射波 408

A.6.2e指数增长的边界温度驱动的辐射波 416

A.7辐射流体力学方程组的自相似变换 423

A.7.1辐射流体力学方程组的相似变换 423

A.7.2在几种特殊情况下自型解的幂指数规律 427

A.7.3边界温度与辐射穿透之间的定标规律 431

A.7.4结果讨论 433

A.7.5物理量随时间e指数变化的自型解 435

A.8辐射烧蚀的自调制准定态模型 437

A.8.1自调制准定态模型的数学描述 438

A.8.2整体解和烧蚀参量的定标规律 442

A.8.3冲击波区的能量 444

A.8.4模型计算结果与实验测量值的比较 446

A.8.5结果讨论 448

参考文献 449