惯性聚变物理PDF电子书下载

第1章 核聚变反应 1

1.1发热核反应：裂变和聚变 1

1.2聚变反应物理 2

截面、反应率和反应速率 2

聚变截面参数表达式 3

非共振反应的穿透因子 5

1.3一些重要的聚变反应 7

主要受控聚变燃料 9

改进的聚变燃料 10

p-p循环 10

CNO循环 10

CC反应 10

1.4麦克斯韦平均的聚变反应率 11

非共振反应的伽莫夫形式 12

共振反应率 13

可控聚变燃料的反应率 14

1.5高密度物质中的聚变反应率 16

电子屏蔽、弱耦合等离子体 17

强耦合等离子体 18

晶状固体：超密核极限 18

1.6反应核的自旋极化 19

1.7μ催化聚变 19

1.8历史回顾 21

第2章 热核聚变和约束 23

2.1热核聚变 23

束聚变和热核聚变 23

理想点火温度 24

2.2等离子体约束 25

磁约束 25

惯性约束 26

2.3热核点火：磁约束聚变和核惯性约束聚变 26

2.4磁约束聚变的劳森型和nτT点火条件 27

功率平衡和能量约束时间 27

劳森型判据 27

nτT点火条件 28

2.5惯性约束聚变点火和高增益条件 29

约束参数ρR 29

燃烧效率 30

燃烧参数HB 31

2.6惯性聚变能生产的总体要求 32

惯性聚变能反应堆的增益要求 32

容许的燃料质量 33

高燃料压缩 33

热斑点火和燃烧传播 33

2.7燃料循环 34

DT循环和氚增殖 34

氘和改进型燃料 35

第3章 球形内爆惯性约束 37

3.1球形内爆模拟 37

靶和激光脉冲 38

内爆图 39

整形脉冲驱动的中空壳靶 41

辐照和内爆 43

内爆转滞和热斑产生 45

燃料点火和燃烧 50

模拟结果总结 52

优化靶增益 54

3.2对称性和稳定性 55

长波扰动 56

瑞利-泰勒不稳定 58

3.3聚变靶能量输出 58

3.4历史回顾 59

3.5文献回顾 61

第4章 点火和燃烧 62

4.1点火球的功率平衡 62

聚变功率沉积 63

聚变带电产物 63

中子 65

热传导 65

轫致辐射 65

机械功 66

4.2预拼装燃料的中心点火 66

自加热条件 67

点火条件 68

自加热时间 70

4.3热斑产生动力学 72

4.4热斑演化和燃烧传播 74

早期演化和解析点火判据 75

自调制燃烧波 76

热核燃烧传播区 77

4.5光厚燃料的体点火 77

4.6完全燃烧模拟和燃烧效率 80

4.7纯氘的点火 82

4.8总结 83

第5章 能量增益 85

5.1热斑点火模型 85

靶增益、燃料增益、耦合效率η 85

热斑 86

冷燃料：等熵参数α 87

等压结构：压力p 88

5.2等压模型的增益曲线 88

对η、α、p的依赖 89

模型增益曲线和详细计算的比较 91

5.3极限增益曲线 92

给定燃料质量的增益曲线 92

极限增益的解析推导 93

燃烧给定质量燃料所需的最小能量 95

模型的缺点和推广 97

5.4约束增益曲线和靶设计 98

烧蚀压和内爆壳层速度 99

点火能量随内爆速度的定标 100

激光功率-激光能量窗口 101

5.5非等压结构的增益曲线 103

有热斑的等容拼装 103

光厚DT燃料的体点火 104

不同结构和燃料的比较 106

第6章 流体动力学 108

6.1理想气体动力学 108

守恒形式的基本方程 108

物理限制 109

欧拉描述 109

一维拉格朗日描述 110

6.2激波 111

不连续性 111

于戈尼奥条件（Hugoniot condition） 112

理想气体中的激波 113

弱激波 113

强激波 113

稀疏波和激波稳定性 114

6.3平面等熵流 115

等熵流 115

特征线和黎曼不变量 116

简单波 117

中心稀疏波 118

等熵压缩到任意密度 119

拉格朗日坐标系中的稀疏波 121

等温稀疏波 122

6.4u（r，t）∝r的径向流 123

均匀绝热流 124

Kidder的累积内爆 125

转滞流 127

6.5量纲分析 131

理论 131

例子：点爆炸 132

6.6对称群和相似解 133

DE李群理论的一些要素 134

一维流体动力学的李群 135

不变解的分类 136

定标不变解 138

时间为指数形式的解 138

S3和S4对称 139

投影得到的新解 139

6.7定标不变相似解 141

相似坐标 141

粒子轨迹和特征线 142

质量和熵守恒 143

约化到ODE 144

概述U、C平面解 145

奇点 146

激波边界 150

中心爆炸（P6流） 150

可累积内爆（点P5流体） 153

均匀气体压缩 155

Guderley的内爆激波 156

内爆非等熵壳层 158

内爆壳层的转滞压 159

对ICF靶内爆的意义 160

第7章 热波和烧蚀驱动 162

7.1电子和光子输运 162

一般讨论 162

扩散和热传导 163

7.2电子热传导 164

Fokker-Planck处理 164

陡峭温度梯度和限流 165

7.3辐射输运 167

谱强度和输运方程 167

局域热平衡和基尔霍夫定律 168

扩散近似 169

双温灰近似 169

辐射热传导 169

7.4非稳态热波 170

不同类型的热波 170

自相似热波：量纲分析 171

7.5自调节加热波 173

超声速加热波 173

烧蚀加热波 174

在激光驱动烧蚀中的应用 174

7.6烧蚀热波 177

普遍解 177

对高Z壁的应用 178

7.7稳态烧蚀 179

爆燃和爆轰 180

X射线驱动烧蚀 182

X射线烧蚀压和质量烧蚀速率 184

超声速X射线加热 186

7.8稳态激光烧蚀 186

临界密度的作用 186

激光驱动稳定烧蚀的定标 187

传导层 188

7.9在加速参考系中的稳态烧蚀波前 190

平面几何解 190

数值结果 191

7.10球形火箭驱动 193

火箭方程 193

球形内爆参数 193

内爆速度和流体效率 194

内爆速度和飞行形状因子 196

第8章 流体稳定性 198

8.1流体不稳定和ICF：概述 198

瑞利-泰勒不稳定性 198

RTI和ICF 201

Richtmyer-Meshkov不稳定性 203

Kelvin-Helmoltz不稳定性 203

8.2平面界面的稳定性 204

不可压缩流体的势流方程 204

流体边界 205

微小扰动：线性化方程 206

法向模式分析和色散关系 207

经典RTI增长率 209

黏滞度和可压缩性对RTI的影响 209

KHI增长率 210

时间演化 211

具有有限厚度流体层的RTI和馈入 211

RMI增长率 213

不均匀加速 214

8.3任意密度轮廓流体的RTI 215

线性化扰动方程 215

通用的不稳定性条件 216

经典RTI增长率 217

密度梯度 217

8.4烧蚀波前的RTI 218

等压流体模型 219

用Froude数和传导率指数v进行讨论 220

扰动方程 223

自洽处理的结果 224

与实验和模拟的比较 227

8.5球面边界的稳定性 231

腔的扰动方程 231

球形腔的稳定性、腔的振荡 232

内爆减速时的经典RTI 233

减速ICF壳层的烧蚀RTI 234

8.6单模扰动的非线性演化 235

At=1时的RTI空泡演化 236

任意At时空泡和尖钉的渐近行为 238

单个RTI模式的线性饱和振幅 239

三维和二维非线性RTI演化的比较 240

8.7多模扰动的非线性演化 242

前瞻及与ICF靶设计的相关性 242

全谱多模式的增长饱和 243

饱和后弱非线性演化的模型 244

湍流混合 245

8.8RTI和靶设计 246

烧蚀波前的扰动增长 247

内壳层表面的扰动增长 249

用模型和流体程序分析靶的稳定性 250

减小靶对RTI的敏感 251

8.9文献说明 252

第9章 黑腔靶 254

9.1基本概念 254

9.2转换为X射线 256

激光束转换 256

离子束转换 258

9.3辐射约束 260

黑腔温度 260

流平衡 261

壁反照率和再辐射数 262

再辐射实验和黑腔观测温度 264

9.4几何对称 265

不对称球模型 265

视角因子理论 266

同心球之间的转换 267

9.5黑腔靶模拟 268

针对重离子聚变的黑腔靶 268

用优化光厚辐射驱动靶丸 271

9.6黑腔靶实验 274

黑腔对称性实验 274

黑腔靶的激波实验 275

第10章 热稠密等离子体 276

10.1稠密等离子体中的原子 276

屏蔽氢原子模型 276

平均离子模型 278

压力电离 279

连续谱降低 280

10.2理想稠密等离子体 281

热力学关系 281

理想气体和萨哈电离 281

费米气体 282

10.3托马斯-费米理论 284

基本TF方程 284

TF电子物态方程 285

TF压力电离的显式公式 287

TF统计模型中中性原子的总束缚能 287

10.4离子EOS模型 288

固体声子EOS 289

流体EOS的Cowan模型 290

10.5全局物态方程 291

一般讨论 291

QEOS：通用意义上的物态方程 294

化学束缚修正 294

QEOS例子 295

10.6辐射过程 297

微观可逆和细致平衡 297

Kramers截面的准经典推导 299

轫致辐射和吸收 299

辐射俘获和光电离 300

线辐射和线吸收 301

多普勒和斯塔克展宽 303

振子强度的谱扩展和求和规则 305

不可分辨跃迁矩阵和超跃迁矩阵 305

10.7光厚 306

普朗克和Rosseland平均光厚 306

全电离等离子体的显式公式 307

光子散射 307

最大光厚极限 307

光厚计算 308

简单LTE光厚模型结果 308

光厚实验 312

10.8非LTE等离子体 314

非LTE电离 314

非LTE光厚 316

10.9电子碰撞 317

稀薄等离子体中的碰撞时间 317

温度T≤Tp的温稠密等离子体的碰撞频率 318

内壳层电子的碰撞电离 320

等离子体中的碰撞电离速率 321

三体复合 321

第11章 束靶相互作用 322

11.1等离子体物理基础 322

横向电磁波 323

纵向色散 323

朗缪尔波 324

离子声波 325

11.2激光在等离子体中的碰撞吸收 326

吸收系数 326

碰撞吸收模型 327

对波长的依赖 328

11.3共振吸收 329

有密度梯度时激光和等离子体波的耦合 329

理论吸收曲线 329

和实验数据比较 330

11.4由波激发引起的光吸收和散射 331

有质动力 331

三波耦合和参量不稳定性 333

参量衰变 334

双等离子体激元衰变 334

受激布里渊散射（SBS） 334

受激拉曼散射 334

热电子 336

11.5等离子体中离子束能量损失理论 337

两体碰撞引起的快电子制动 337

价电方法下的投射尾波场 338

等离子体中的制动功率 339

快离子激发的等离子体波（υp／υth》1） 340

Bethe公式 341

慢离子的制动功率 341

非线性摩擦力 342

任意υp的等离子体制动近似公式 343

燃烧等离子体中带电聚变产物的制动 344

11.6重离子的有效电荷Zeff 346

Zeff（υ）的半经典描述 346

电离和复合过程 347

靶后对Zeff的测量 348

入射粒子飞行辐射测量 349

11.7在冷和热物质中离子制动功率和射程 350

部分电离物质中的制动过程 350

冷物质中的离子射程 351

在等离子体中dε／dx的增强 351

在稠密等离子体中dε／dx和R的例子 353

第12章 快点火 355

12.1概念和前景 355

12.2点火条件和燃料能量增益 356

一维等容模型 356

点火窗口 357

容许的粒子束射程 358

快点火靶的燃料增益 358

12.3快点火带来的新视角 359

注入的触发器 359

非球形结构 359

镶嵌DT种子的氘靶的燃烧 360

12.4相对论强度下的激光等离子体物理 361

激光快点火 362

相对论激光等离子体相互作用 362

自聚焦和电子束产生 363

观测到的通道和电子束 364

电子加速机制 365

12.5稠密等离子体中的电子束输运 367

激光钻孔 367

阿尔文电流极限和韦伯不稳定性 367

成丝和反常制动 369

电子传输实验 370

12.6快点火新概念 370

锥引导的快点火 370

锥引导靶实验 371

质子束快点火 372

附录A单位和单位转换 374

附录B物理常数 375

附录C常用符号 376

附录D缩写 382

参考文献 383