高能量密度物理 基础、惯性约束聚变和实验天体物理学PDF电子书下载

第1章 高能量密度物理导论 1

1.1 若干历史注记 2

1.2 高能量密度物理的各种状态 4

1.3 惯性约束聚变简述 6

1.4 实验天体物理学简述 8

1.5 与以前有关著作的联系 10

1.6 变量和符号 12

第2章 流体与等离子体的描述 13

2.1 多方气体的欧拉方程组 13

2.2 麦克斯韦方程组 17

2.3 更加普遍和完全的单流体运动方程组 18

2.3.1 一般的单流体运动方程组 19

2.3.2 磁流体力学 24

2.3.3 三温单流体模型 25

2.3.4 计算机数值模拟方法 26

2.4 等离子体理论 28

2.4.1 传统等离子体理论的有效性状况 28

2.4.2 双流体运动方程组 31

2.4.3 动理学的描述 35

2.5 单个粒子的运动 36

第3章 高能量密度等离子体的性质 39

3.1 简单物态方程 40

3.1.1 多方气体 41

3.1.2 辐射主导的等离子体 42

3.1.3 费米简并的物态方程 43

3.2 电离等离子体 47

3.2.1 根据萨哈方程的电离平衡 49

3.2.2 连续能区下降和离子球模型 52

3.2.3 库仑相互作用 55

3.3 电离等离子体的热力学 57

3.3.1 广义多方指数 57

3.3.2 压力、能量及相关结论 59

3.3.3 物态方程的概貌 64

3.4 计算使用的物态方程 64

3.4.1 托马斯-费米模型和QEOS 64

3.4.2 表格式物态方程 66

3.5 实验室和天体物理学使用的物态方程 68

3.5.1 物态方程的天体物理学背景 69

3.5.2 实验室物态方程及其在天体物理学中的应用 70

3.6 测量物态方程的实验 71

3.6.1 平面飞片直接撞击 71

3.6.2 阻抗匹配 72

3.6.3 其他方法 74

第4章 冲击与稀疏 76

4.1 冲击波 76

4.1.1 冲击间断跳跃条件 77

4.1.2 冲击绝热线和物态方程 79

4.1.3 一些有用的冲击波关系式 79

4.1.4 经过冲击波后熵的变化 84

4.1.5 斜冲击波 85

4.1.6 冲击波与界面的相互作用和平面飞片撞击 88

4.2 稀疏波 93

4.2.1 平面一维等温稀疏过程和自相似分析 93

4.2.2 黎曼不变量 95

4.2.3 平面一维绝热稀疏过程 98

4.3 爆炸波 101

4.3.1 爆炸波中的能量守恒 102

4.3.2 自相似运动的一般讨论 104

4.3.3 谢多夫-泰勒球面爆炸波 107

4.4 流体动力学界面现象 109

4.4.1 冲击波在界面处的行为及其影响 109

4.4.2 追赶冲击波 112

4.4.3 稀疏过程中产生的二次冲击波 112

4.4.4 爆炸波在界面处的行为 114

4.4.5 稀疏波在界面处的行为 115

4.4.6 斜冲击波在界面处的行为 119

第5章 流体动力学不稳定性 124

5.1 瑞利-泰勒不稳定性简述 125

5.1.1 浮力的驱动作用 125

5.1.2 流体动力学描述的基础 128

5.2 瑞利-泰勒不稳定性线性理论的应用 132

5.2.1 两个均匀流体之间界面的瑞利-泰勒不稳定性 133

5.2.2 黏性对瑞利-泰勒不稳定性的影响 134

5.2.3 具有密度梯度系统的瑞利-泰勒不稳定性和全局模式 137

5.3 对流不稳定性或熵模式 140

5.4 瑞利-泰勒不稳定性非线性阶段的浮力-阻力模型 142

5.5 模式耦合 144

5.6 开尔文-亥姆霍兹不稳定性 149

5.6.1 开尔文-亥姆霍兹不稳定性的基本方程组 149

5.6.2 具有陡峭变化边界的均匀流体系统 152

5.6.3 具有扩展的速度剪切层、其余区域均匀的流体系统 154

5.6.4 存在过渡区的均匀流体系统 155

5.7 冲击波稳定性和里希特迈耶-缅希柯夫不稳定性 157

5.7.1 冲击波稳定性 157

5.7.2 冲击波与波纹形界面的相互作用 160

5.7.3 冲击波经过后界面的演化——里希特迈耶-缅希柯夫不稳定性 161

5.8 流体动力学湍流 164

第6章 辐射输运 173

6.1 基本概念 174

6.1.1 辐射的性质与描述 174

6.1.2 热辐射 178

6.1.3 辐射与物质相互作用的类型 178

6.1.4 辐射与物质净相互作用的描述 180

6.2 辐射输运 181

6.2.1 辐射输运方程 181

6.2.2 辐射输运计算 183

6.2.3 天体物理学和实验室研究中使用的不透明度 186

6.2.4 平衡扩散极限下的辐射输运 189

6.2.5 非平衡扩散和双温模型 190

6.3 相对论辐射输运的考察 191

第7章 辐射流体力学 195

7.1 辐射流体力学方程组 197

7.1.1 基本方程组 197

7.1.2 热力学关系 198

7.2 辐射和涨落 200

7.2.1 辐射声波，光学厚情形 200

7.2.2 输运较为重要情形中冷却的作用 203

7.2.3 光学薄的声波 206

7.2.4 辐射热不稳定性 208

7.3 辐射扩散和马夏克波 209

7.3.1 马夏克波 210

7.3.2 电离辐射波 212

7.3.3 常能量的辐射扩散波 213

7.4 辐射冲击波 216

7.4.1 辐射冲击波的各种状况 216

7.4.2 辐射冲击波的流体动力学 220

7.4.3 辐射前驱波的模型 226

7.4.4 光学薄介质中的辐射冲击波 231

7.4.5 下游光学厚、上游光学薄介质中的辐射冲击波 234

7.4.6 光学厚介质中辐射冲击波的流体动力学 237

7.4.7 光学厚介质中的辐射冲击波，通量主导状况 238

7.4.8 光学厚介质中的辐射冲击波，辐射主导状况 239

7.4.9 冲击波中电子与离子的耦合 241

7.5 电离阵面 242

第8章 创建物质的高能量密度状况 245

8.1 激光束直接辐照 245

8.1.1 激光技术 246

8.1.2 激光束聚焦 247

8.1.3 电磁波的传播与吸收 249

8.1.4 激光散射和激光-等离子体不稳定性 254

8.1.5 电子热输运 259

8.1.6 烧蚀压力 264

8.2 黑腔 268

8.2.1 激光束转换为X射线 269

8.2.2 离子束产生X射线 272

8.2.3 X射线引起的烧蚀 272

8.2.4 与黑腔有关的其他问题 275

8.3 Z箍缩与相关的实验方法 277

8.3.1 应用于高能量密度物理研究的Z箍缩技术 277

8.3.2 动力黑腔 283

8.3.3 磁驱动高速平面飞片 285

第9章 惯性约束聚变 287

9.1 发生聚变的燃料终态条件 288

9.1.1 聚变反应所需燃料及其终态状况 288

9.1.2 能量增益：是否值得去做 290

9.1.3 压缩状态下氘氚燃料的性质 291

9.2 燃料终态的形成和聚变点火 295

9.2.1 高度压缩状态的实现 295

9.2.2 聚变燃料点火 298

9.2.3 中心热点点火 301

9.2.4 快点火 302

9.3 困境和问题 304

9.3.1 瑞利-泰勒不稳定性 304

9.3.2 对称性 306

9.3.3 激光-等离子体不稳定性 307

第10章 实验天体物理学 310

10.1 流体动力学系统的标度关系 311

10.2 一个透彻的例子：Ⅱ型超新星中的流体动力学界面不稳定性 314

10.2.1 关于Ⅱ型超新星的天体物理学基本知识 314

10.2.2 超新星中界面不稳定性的标度参数问题 316

10.2.3 Ⅱ型超新星中界面不稳定性的模拟实验 319

10.3 另一个例子：星际云团破碎中的相互作用 321

10.4 辐射流体力学系统的标度关系 322

10.5 辐射天体物理喷流：研究背景和标度关系 324

10.5.1 天体物理喷流的基本知识 324

10.5.2 从辐射天体物理喷流至实验室系统的标度关系 325

10.5.3 辐射喷流的实验 326

第11章 相对论高能量密度系统 329

11.1 超快激光器的发展 330

11.2 强电磁场中单电子的运动 331

11.3 激光与等离子体相对论相互作用的引发 338

11.4 吸收机制 340

11.5 谐波的产生 342

11.6 相对论自聚焦和诱导透明性 344

11.7 粒子的加速 344

11.7.1 等离子体内的加速 345

11.7.2 利用固体靶表面的电场势进行加速 347

11.7.3 利用库仑爆炸进行加速 349

11.8 钻孔现象和无碰撞冲击波 351

11.9 其他现象 354

附录A 物理常数，缩写词，变量符号 357

附录B 简单的Mathematica计算编码 364

参考文献 371