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惯性聚变物理


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惯性聚变物理
  • 书号:9787030205988
    作者:(意)阿蔡塞(Atzeni,S.)等
  • 外文书名:THE PHYSICS OF INERTIAL FUSION
  • 装帧:平装
    开本:B5
  • 页数:397
    字数:486000
    语种:zh-Hans
  • 出版社:科学出版社
    出版时间:2008-07-01
  • 所属分类:
  • 定价: ¥178.00元
    售价: ¥178.00元
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本书介绍了惯性约束聚变和有关的物理理论,对激光惯性约束聚变有比较完整的论述,特别注重聚变中的物理过程并推导了所有关键公式,包括定标指数和数值因子等,同时也利用数值模拟结果形象地描述了聚变过程,具体内容包括热稠密物质中的流体力学、流体不稳定性、热输运、辐射和碰撞过程、物态方程、等离子体与高功率激光或离子束的相互作用及核聚变反应等。
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    译者序

    前言
    致谢
    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
    1.2.1 截面、反应率和反应速率 2
    1.2.2 聚变截面参数表达式 3
    1.2.3 非共振反应的穿透因子 5
    1.3 一些重要的聚变反应 7
    1.3.1 主要受控聚变燃料 9
    1.3.2 改进的聚变燃料 10
    1.3.3 p-p循环 10
    1.3.4 CNO循环 10
    1.3.5 CC反应 10
    1.4 麦克斯韦平均的聚变反应率 11
    1.4.1 非共振反应的伽莫夫形式 12
    1.4.2 共振反应率 13
    1.4.3 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
    1.5.1 电子屏蔽、弱耦合等离子体 17
    1.5.2 强耦合等离子体 18
    1.5.3 晶状固体:超密核极限 18
    1.6 反应核的自旋极化 19
    1.7 u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
    2.1.1 束聚变和热核聚变 23
    2.1.2 理想点火温度 24
    2.2 等离子体约束 25
    2.2.1 磁约束 25
    2.2.2 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
    2.4.1 功率平衡和能量约束时间 27
    2.4.2 劳森型判据 27
    2.4.3 nτT点火条件 28
    2.5 惯性约束聚变点火和高增益条件 29
    2.5.1 约束参数pR 29
    2.5.2 燃烧效率 30
    2.5.3 燃烧参数HB 31
    2.6 惯性聚变能生产的总体要求 32
    2.6.1 惯性聚变能反应堆的增益要求 32
    2.6.2 容许的燃料质量 33
    2.6.3 高燃料压缩 33
    2.6.4 热斑点火和燃烧传播 33
    2.7 燃料循环 34
    2.7.1 DT循环和氚增殖 34
    2.7.2 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
    3.1.1 靶和激光脉冲 38
    3.1.2 内爆图 39
    3.1.3 整形脉冲驱动的中空壳靶 41
    3.1.4 辐照和内爆 43
    3.1.5 内爆转滞和热斑产生 45
    3.1.6 燃料点火和燃烧 50
    3.1.7 模拟结果总结 52
    3.1.8 优化靶增益 54
    3.2 对称性和稳定性 55
    3.2.1 长波扰动 56
    3.2.2 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
    4.1.1 聚变功率沉积 63
    4.1.2 聚变带电产物 63
    4.1.3 中子 65
    4.1.4 热传导 65
    4.1.5 轫致辐射 65
    4.1.6 机械功 66
    4.2 预拼装燃料的中心点火 66
    4.2.1 自加热条件 67
    4.2.2 点火条件 68
    4.2.3 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
    4.4.1 早期演化和解析点火判据 75
    4.4.2 自调制燃烧波 76
    4.4.3 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
    5.1.1 靶增益、燃料增益、耦合效率 85
    5.1.2 热斑 86
    5.1.3 冷燃料:等熵参数α 87
    5.1.4 等压结构:压力p 88
    5.2 等压模型的增益曲线 88
    5.2.1 对η、α、p的依赖 89
    5.2.2 模型增益曲线和详细计算的比较 91
    5.3 极限增益曲线 92
    5.3.1 给定燃料质量的增益曲线 92
    5.3.2 极限增益的解析推导 93
    5.3.3 燃烧给定质量燃料所需的最小能量 95
    5.3.4 模型的缺点和推广 97
    5.4 约束增益曲线和靶设计 98
    5.4.1 烧蚀压和内爆壳层速度 99
    5.4.2 点火能量随内爆速度的定标 100
    5.4.3 激光功率-激光能量窗口 101
    5.5 非等压结构的增益曲线 103
    5.5.1 有热斑的等容拼装 103
    5.5.2 光厚DT燃料的体点火 104
    5.5.3 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
    6.1.1 守恒形式的基本方程 108
    6.1.2 物理限制 109
    6.1.3 欧拉描述 109
    6.1.4 一维拉格朗日描述 110
    6.2 激波 111
    6.2.1 不连续性 111
    6.2.2 于戈尼奥条件(Hugoniot condition) 112
    6.2.3 理想气体中的激波 113
    6.2.4 弱激波 113
    6.2.5 强激波 113
    6.2.6 稀疏波和激波稳定性 114
    6.3 平面等熵流 115
    6.3.1 等熵流 115
    6.3.2 特征线和黎曼不变量 116
    6.3.3 简单波 117
    6.3.4 中心稀疏波 118
    6.3.5 等熵压缩到任意密度 119
    6.3.6 拉格朗日坐标系中的稀疏波 121
    6.3.7 等温稀疏波 122
    6.4 的径向流 123
    6.4.1 均匀绝热流 124
    6.4.2 Kidder的累积内爆 125
    6.4.3 转滞流 127
    6.5 量纲分析 131
    6.5.1 理论 131
    6.5.2 例子:点爆炸 132
    6.6 对称群和相似解 133
    6.6.1 DE李群理论的一些要素 134
    6.6.2 一维流体动力学的李群 135
    6.6.3 不变解的分类 136
    6.6.4 定标不变解 138
    6.6.5 时间为指数形式的解 138
    6.6.6 S3和S4对称 139
    6.6.7 投影得到的新解 139
    6.7 定标不变相似解 141
    6.7.1 相似坐标 141
    6.7.2 粒子轨迹和特征线 142
    6.7.3 质量和熵守恒 143
    6.7.4 约化到ODE 144
    6.7.5 概述U、C平面解 145
    6.7.6 奇点 146
    6.7.7 激波边界 150
    6.7.8 中心爆炸(p6流) 150
    6.7.9 可累积内爆(点p5流体) 153
    6.7.10 均匀气体压缩 155
    6.7.11 Guder1ey的内爆激波 156
    6.7.12 内爆非等熵壳层 158
    6.7.13 内爆壳层的转滞压 159
    6.7.14 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
    7.1.1 一般讨论 162
    7.1.2 扩散和热传导 163
    7.2 电子热传导 164
    7.2.1 Fokker-P1anck处理 164
    7.2.2 陡峭温度梯度和限流 165
    7.3 辐射输运 167
    7.3.1 谱强度和输运方程 167
    7.3.2 局域热平衡和基尔霍夫定律 168
    7.3.3 扩散近似 169
    7.3.4 双温灰近似 169
    7.3.5 辐射热传导 169
    7.4 非稳态热波 170
    7.4.1 不同类型的热波 170
    7.4.2 自相似热波:量纲分析 171
    7.5 自调节加热波 173
    7.5.1 超声速加热波 173
    7.5.2 烧蚀加热波 174
    7.5.3 在激光驱动烧蚀中的应用 174
    7.6 烧蚀热波 177
    7.6.1 普遍解 177
    7.6.2 对高Z壁的应用 178
    7.7 稳态烧蚀 179
    7.7.1 爆燃和爆轰 180
    7.7.2 X射线驱动烧蚀 182
    7.7.3 X射线烧蚀压和质量烧蚀速率 184
    7.7.4 超声速X射线加热 186
    7.8 稳态激光烧蚀 186
    7.8.1 临界密度的作用 186
    7.8.2 激光驱动稳定烧蚀的定标 187
    7.8.3 传导层 188
    7.9 在加速参考系中的稳态烧蚀波前 190
    7.9.1 平面几何解 190
    7.9.2 数值结果 191
    7.10 球形火箭驱动 193
    7.10.1 火箭方程 193
    7.10.2 球形内爆参数 193
    7.10.3 内爆速度和流体效率 194
    7.10.4 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
    8.1.1 瑞利泰勒不稳定性 198
    8.1.2 RTI和ICF 201
    8.1.3 Richtmyer-Meshkov不稳定性 203
    8.1.4 Kelvin-Helmoltz不稳定性 203
    8.2 平面界面的稳定性 204
    8.2.1 不可压缩流体的势流方程 204
    8.2.2 流体边界 205
    8.2.3 微小扰动:线性化方程 206
    8.2.4 法向模式分析和色散关系 207
    8.2.5 经典RTI增长率 209
    8.2.6 黏滞度和可压缩性对RTI的影响 209
    8.2.7 KHI增长率 210
    8.2.8 时间演化 211
    8.2.9 具有有限厚度流体层的RTI和馈入 211
    8.2.10 RMI增长率 213
    8.2.11 不均匀加速 214
    8.3 任意密度轮廓流体的RTI 215
    8.3.1 线性化扰动方程 215
    8.3.2 通用的不稳定性条件 216
    8.3.3 经典RTI增长率 217
    8.3.4 密度梯度 217
    8.4 烧蚀波前的RTI 218
    8.4.1 等压流体模型 219
    8.4.2 用Froude数和传导率指数v进行讨论 220
    8.4.3 扰动方程 223
    8.4.4 自洽处理的结果 224
    8.4.5 与实验和模拟的比较 227
    8.5 球面边界的稳定性 231
    8.5.1 腔的扰动方程 231
    8.5.2 球形腔的稳定性、腔的振荡 232
    8.5.3 内爆减速时的经典RTI 233
    8.5.4 减速ICF壳层的烧蚀RTI 234
    8.6 单模扰动的非线性演化 235
    8.6.1 At=1时的RTI空泡演化 236
    8.6.2 任意At时空泡和尖钉的渐近行为 238
    8.6.3 单个RTI模式的线性饱和振幅 239
    8.6.4 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
    8.7.1 前瞻及与ICF靶设计的相关性 242
    8.7.2 全谱多模式的增长饱和 243
    8.7.3 饱和后弱非线性演化的模型 244
    8.7.4 湍流混合 245
    8.8 RTI和靶设计 246
    8.8.1 烧蚀波前的扰动增长 247
    8.8.2 内壳层表面的扰动增长 249
    8.8.3 用模型和流体程序分析靶的稳定性 250
    8.8.4 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
    9.2.1 激光束转换 256
    9.2.2 离子束转换 258
    9.3 辐射约束 260
    9.3.1 黑腔温度 260
    9.3.2 流平衡 261
    9.3.3 壁反照率和再辐射数 262
    9.3.4 再辐射实验和黑腔观测温度 264
    9.4 几何对称 265
    9.4.1 不对称球模型 265
    9.4.2 视角因子理论 266
    9.4.3 同心球之间的转换 267
    9.5 黑腔靶模拟 268
    9.5.1 钟对重离子聚变的黑腔靶 268
    9.5.2 用优化光厚辐射驱动靶丸 271
    9.6 黑腔靶实验 274
    9.6.1 黑腔对称性实验 274
    9.6.2 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
    10.1.1 屏蔽氢原子模型 276
    10.1.2 平均离子模型 278
    10.1.3 压力电离 279
    10.1.4 连续谱降低 280
    10.2 理想稠密等离子体 281
    10.2.1 热力学关系 281
    10.2.2 理想气体和萨哈电离 281
    10.2.3 费米气体 282
    10.3 托马斯-费米理论 284
    10.3.1 基本TF方程 284
    10.3.2 TF电子物态方程 285
    10.3.3 TF压力电离的显式公式 287
    10.3.4 TF统计模型中中性原子的总束缚能 287
    10.4 离子EOS模型 288
    10.4.1 固体声子EOS 289
    10.4.2 流体EOS的Cowan模型 290
    10.5 全局物态方程 291
    10.5.1 一般讨论 291
    10.5.2 QEOS:通用意义上的物态方程 294
    10.5.3 化学束缚修正 294
    10.5.4 QEOS例子 295
    10.6 辐射过程 297
    10.6.1 微观可逆和细致平衡 297
    10.6.2 Kramers截面的准经典推导 299
    10.6.3 轫致辐射和吸收 299
    10.6.4 辐射俘获和光电离 300
    10.6.5 线辐射和线吸收 301
    10.6.6 多普勒和斯塔克展宽 303
    10.6.7 振子强度的谱扩展和求和规则 305
    10.6.8 不可分辨跃迁矩阵和超跃迁矩阵 305
    10.7 光厚 306
    10.7.1 普朗克和Rosseland平均光厚 306
    10.7.2 全电离等离子体的显式公式 307
    10.7.3 光子散射 307
    10.7.4 最大光厚极限 307
    10.7.5 光厚计算 308
    10.7.6 简单LTE光厚模型结果 308
    10.7.7 光厚实验 312
    10.8 非LTE等离子体 314
    10.8.1 非LTE电离 314
    10.8.2 非LTE光厚 316
    10.9 电子碰撞 317
    10.9.1 稀薄等离子体中的碰撞时间 317
    10.9.2 温度T≤TF的温稠密等离子体的碰撞频率 318
    10.9.3 内壳层电子的碰撞电离 320
    10.9.4 等离子体中的碰撞电离速率 321
    10.9.5 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
    11.1.1 横向电磁波 323
    11.1.2 纵向色散 323
    11.1.3 朗缪尔波 324
    11.1.4 离子声波 325
    11.2 激光在等离子体中的碰撞吸收 326
    11.2.1 吸收系数 326
    11.2.2 碰撞吸收模型 327
    11.2.3 对波长的依赖 328
    11.3 共振吸收 329
    11.3.1 有密度梯度时激光和等离子体波的耦合 329
    11.3.2 理论吸收曲线 329
    11.3.3 初实验数据比较 330
    11.4 由波激发引起的光吸收和散射 331
    11.4.1 有质动力 331
    11.4.2 三波耦合和参量不稳定性 333
    11.4.3 参量衰变 334
    11.4.4 双等离子体激元衰变 334
    11.4.5 受激布里渊散射(SBS) 334
    11.4.6 受激拉曼散射 334
    11.4.7 热电子 336
    11.5 等离子体中离子束能量损失理论 337
    11.5.1 两体碰撞引起的快电子制动 337
    11.5.2 价电方法下的投射尾波场 338
    11.5.3 等离子体中的制动功率 339
    11.5.4 快离子激发的等离子体波 340
    11.5.5 Bethe公式 341
    11.5.6 慢离子的制动功率 341
    11.5.7 非线性摩擦力 342
    11.5.8 任意vp的等离子体制动近似公式 343
    11.5.9 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
    11.6.1 Zeff (v)的半经典描述 346
    11.6.2 电离和复合过程 347
    11.6.3 靶后对Zeff的测量 348
    11.6.4 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
    11.7.1 部分电离物质中的制动过程 350
    11.7.2 冷物质中的离子射程 351
    11.7.3 在等离子体中dε/dx的增强 351
    11.7.4 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
    12.2.1 一维等容模型 356
    12.2.2 点火窗口 357
    12.2.3 容许的粒子束射程 358
    12.2.4 快点火靶的燃料增益 358
    12.3 快点火带来的新视角 359
    12.3.1 注入的触发器 359
    12.3.2 非球形结构 359
    12.3.3 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
    12.4.1 激光快点火 362
    12.4.2 相对论激光等离子体相互作用 362
    12.4.3 自聚焦和电子束产生 363
    12.4.4 观测到的通道和电子束 364
    12.4.5 电子加速机制 365
    12.5 稠密等离子体中的电子束输运 367
    12.5.1 激光钻孔 367
    12.5.2 阿尔文电流极限和韦伯不稳定性 367
    12.5.3 成丝和反常制动 369
    12.5.4 电子传输实验 370
    12.6 快点火新概念 370
    12.6.1 锥引导的快点火 370
    12.6.2 锥引导靶实验 371
    12.6.3 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
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