等离子体物理与聚变能PDF电子书下载

第一部分 聚变能第1章 聚变与世界能源 3

1.1 引言 3

1.2 现有的能源方式 4

1.3 聚变能的作用 14

1.4 本章总结 17

参考书目 17

第2章 聚变反应 18

2.1 引言 18

2.2 核反应与化学反应 18

2.3 裂变核能 20

2.4 聚变核能 21

2.5 结合能曲线 25

2.6 本章总结 30

参考书目 31

习题 31

第3章 聚变功率的产生 33

3.1 引言 33

3.2 截面、平均自由程和碰撞频率的概念 34

3.3 反应速率 37

3.4 分布函数、聚变截面、聚变功率密度 41

3.5 辐射损失 46

3.6 本章总结 50

参考书目 51

习题 52

第4章 聚变反应堆功率平衡 53

4.1 引言 53

4.2 零维能量守恒关系 53

4.3 磁约束聚变的一般功率平衡关系 55

4.4 稳态零维功率平衡 55

4.5 等离子体内的功率平衡 57

4.6 反应堆功率平衡 61

4.7 聚变反应堆的时变功率平衡 66

4.8 本章总结 73

参考书目 73

习题 74

第5章 简单磁约束聚变反应堆设计 76

5.1 引言 76

5.2 一般磁约束聚变反应堆 76

5.3 反应堆关键设计参数计算 78

5.4 设计目标，工程和核物理方面的基本限制 79

5.5 反应堆设计 82

5.6 本章总结 94

参考书目 95

习题 96

第二部分 聚变能等离子体物理学第6章 磁约束聚变概述 101

6.1 引言 101

6.2 等离子体的基本描述 102

6.3 单粒子行为 103

6.4 自洽模型 104

6.5 磁流体力学平衡及其稳定性 105

6.6 磁约束聚变概念 105

6.7 输运 106

6.8 加热和电流驱动 107

6.9 聚变研究的未来 109

参考书目 109

第7章 聚变等离子体定义 110

7.1 引言 110

7.2 等离子体对稳恒电场的屏蔽——德拜长度 111

7.3 等离子体对振荡电场的屏蔽——等离子体频率 115

7.4 低碰撞频率和集体效应 118

7.5 对磁约束聚变等离子体的额外约束 121

7.6 宏观行为和碰撞的关系 123

7.7 本章总结 123

参考书目 124

习题 124

第8章 单粒子运动——导心理论 126

8.1 引言 126

8.2 单粒子运动的基本性质 128

8.3 均匀稳恒磁场中的运动 129

8.4 稳恒磁场B和电场E下的运动：E×B漂移 134

8.5 垂直梯度的场下的运动：？B漂移 138

8.6 弯曲磁场中的运动：曲率漂移 142

8.7 真空磁场中V？B漂移和Vk漂移的综合 145

8.8 时变电场E和磁场B中的运动：极化漂移 146

8.9 平行梯度场下的运动：磁矩和磁镜 152

8.10 本章总结 161

参考书目 162

习题 163

第9章 单粒子运动——库仑碰撞 166

9.1 引言 166

9.2 库仑碰撞——数学推导 167

9.3 试探粒子碰撞频率 173

9.4 再论磁镜 180

9.5 高能离子的慢化 183

9.6 逃逸电子 189

9.7 净交换碰撞 193

9.8 本章总结 200

参考书目 201

习题 201

第10章 自洽的双流体模型 204

10.1 引言 204

10.2 流体模型的性质 205

10.3 质量守恒 207

10.4 动量守恒 210

10.5 能量守恒 214

10.6 本章总结 220

参考书目 222

习题 222

第11章 磁流体力学——宏观平衡 224

11.1 宏观平衡和稳定性的基本问题 224

11.2 从双流体模型推导磁流体力学模型 225

11.3 从导心理论推导磁流体力学模型 231

11.4 磁流体力学平衡——定性描述 236

11.5 磁流体力学平衡模型的基本性质 238

11.6 径向压强平衡 240

11.7 环向力平衡 247

11.8 本章总结 267

参考书目 267

习题 268

第12章 磁流体力学——宏观稳定性 270

12.1 引言 270

12.2 稳定性的一般概念 271

12.3 磁流体力学不稳定性的物理图像 276

12.4 理想磁流体力学稳定性问题的一般方程 280

12.5 无限大均匀等离子体——磁流体力学波 286

12.6 直线θ箍缩 290

12.7 直线Z箍缩中的m=0模 293

12.8 直线Z箍缩中的m=1模 296

12.9 本章总结 300

参考书目 301

习题 302

第13章 磁约束聚变概念 305

13.1 引言 305

13.2 悬浮偶极器（LDX） 307

13.3 场反位形（FRC） 316

13.4 表面电流模型 322

13.5 反向场箍缩（RFP） 328

13.6 球马克 343

13.7 托卡马克 349

13.8 仿星器 390

13.9 简单聚变反应堆回顾 403

13.10 本章总结 407

参考书目 409

习题 411

第14章 输运 414

14.1 引言 414

14.2 一维柱形等离子体中的输运 416

14.3 求解输运方程 429

14.4 新经典输运 442

14.5 经验定标关系 460

14.6 输运理论在聚变点火实验中的应用 474

14.7 本章总结 488

参考书目 489

习题 490

第15章 加热与电流驱动 493

15.1 引言 493

15.2 欧姆加热 495

15.3 中性束加热 498

15.4 波加热和电流驱动的基本原理 509

15.5 冷等离子体色散关系 526

15.6 无碰撞阻尼 528

15.7 电子回旋加热（ECH） 544

15.8 离子回旋加热（ICH） 554

15.9 低杂波电流驱动（LHCD） 566

15.10 本章总结 581

参考书目 582

习题 584

第16章 聚变研究的未来 588

16.1 引言 588

16.2 等离子体物理研究现状 588

16.3 ITER 592

16.4 示范聚变电站（DEM0） 598

参考书目 598

附录A 〈συ〉的解析推导 599

附录B 加速电荷的辐射 604

B.1 辐射场定义 604

B.2 时变源的A和φ的计算 604

B.3 应用到单个加速粒子的情形 607

B.4 E和B的计算 608

B.5 辐射功率的计算 608

附录C 布泽坐标的推导 610

C.1 一般的坐标变换 610

C.2 到布泽坐标叉积形式的部分简化 611

C.3 到布泽坐标梯度形式的部分简化 612

C.4 去掉自由函数f和g 613

C.5 将物理量引入到布泽坐标系 614

C.6 布泽坐标系下的导心轨道 617

附录D 坡印亭定理 619

主题词索引 621