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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 ITER592

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g613

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