《核聚变原理》求取 ⇩

前言1

第一章 核聚变基本概念和发展历史1

1.1 原子核的结合能1

1.2 聚变反应4

1.2.1 聚变能源及其优点5

1.2.2 核聚变与等离子体的关系7

1.3 劳逊判据9

1.3.1 聚变反应速率和功率密度9

1.3.2 功率平衡12

1.3.3 劳逊判据14

1.4 磁约束概念17

1.4.1 磁约束基本原理18

1.4.2 磁约束聚变装置的分类20

1.5 聚变能源的展望22

1.6 核聚变研究的发展历史25

1.6.1 几种主要聚变装置的发明26

1.6.2 初期的过高期望和激烈的国际竞争33

1.6.3 解密和研究重点的转移35

1.6.4 研究托卡马克的热潮38

参考文献42

第二章 聚变装置中的磁场位形45

2.1 磁场与电流的关系45

2.2 磁场空间分布的描述49

2.3 磁面和磁面坐标55

2.4 聚变研究中的几种主要的磁场位形57

2.4.1 载流圆环线圈的磁场58

2.4.2 托卡马克磁场位形59

2.4.3 磁镜场66

2.4.4 仿星器磁场74

参考文献78

第三章 磁约束等离子体的基本性质81

3.1 等离子体的基本概念82

3.1.1 等离子体的定义82

3.1.2 德拜屏蔽85

3.1.3 等离子体频率88

3.1.4 等离子体中的碰撞90

3.1.5 等离子体的描述方法96

3.2 带电粒子在磁场中的运动100

3.2.1 带电粒子在均匀磁场中的运动101

3.2.2 带电粒子在非均匀磁场中的运动104

3.2.3 带电粒子在磁镜场中的运动117

3.2.4 托卡马克磁场位形中的粒子轨道127

3.3 磁约束等离子体位形的平衡135

3.3.1 平衡方程135

3.3.2 柱对称位形的平衡138

3.3.3 Grad-Shafranov方程140

3.3.4 托卡马克的平衡145

3.4 磁流体不稳定性149

3.4.1 瑞利-泰勒不稳定性150

3.4.2 能量原理154

3.4.3 交换不稳定性160

3.4.4 气球模不稳定性164

3.4.5 扭曲不稳定性166

3.4.6 电阻对不稳定性的影响173

3.5 等离子体中的波177

3.5.1 磁流体力学波178

3.5.2 沿磁场方向传播的高频电磁波183

3.5.3 在垂直于磁场方向传播的高频电磁波186

参考文献188

第四章 聚变等离子体的加热原理192

4.1 聚变点火对辅助加热功率的要求192

4.2 欧姆加热195

4.3 中性粒子束注入加热方法(NBI)197

4.3.1 等离子体对中性束性能的要求197

4.3.2 中性束注入系统199

4.3.3 中性束在等离子体中的传播207

4.3.4 负离子源212

4.4 射频加热的物理原理216

4.4.1 波在等离子体中的传播以及波与粒子的相互作用217

4.4.2 无碰撞能量吸收机制220

4.4.3 射频波加热的频率范围226

4.5 电子回旋共振中热(ECRH)228

4.5.1 电子回旋波的传播及可接近性问题228

4.5.2 ECRH实验研究概况233

4.6 低混杂波共振加热(LHRH)239

4.6.1 低混杂波在等离子体中传播的线性理论239

4.6.2 低混杂波加热技术及实验结果246

4.7.1 少数类离子在基频共振和背景离子的二次谐波共振251

4.7 离子回旋频率范围内的共振加热(ICRF)251

4.7.2 ICRF的天线发射系统254

4.7.3 ICRF的实验情况258

4.8 阿尔芬波加热(AWH)260

4.8.1 阿尔芬波的共振连续谱261

4.8.2 阿尔芬波加热的动力学描术264

4.8.3 实验研究概况270

参考文献272

第五章 等离子体与器壁的相互作用280

5.1 等离子体边界层的原子过程281

5.1.1 等离子体边界层的特点281

5.1.2 边界层的杂质返流现象283

5.1.3 边界层等离子体中的原子分子过程284

5.2 朝向器壁的粒子流290

5.3 真空室表面现象292

5.3.1 背散射293

5.3.2 吸附和解吸293

5.3.3 溅射295

5.3.4 单极弧297

5.3.5 蒸发和热震299

5.3.6 起泡和爆皮299

5.4 杂质对等离子体的影响300

5.4.1 杂质辐射300

5.4.2 杂质对聚变反应的影响303

5.5 杂质的控制305

5.5.1 限制器306

5.5.2 偏滤器307

5.5.3 器壁的表面处理和状态优化310

a) 预处理310

b) 烘烤310

c) 脉冲放电清洗311

d) 辉光放电清洗313

e) 放电清洗的表面化学过程314

f) 钛吸附清洗技术316

参考文献317

第六章 托卡马克321

6.1 概述321

6.2.1 托卡马克装置的基本结构323

6.2 托卡马克基本原理323

6.2.2 托卡马克等离子体的产生325

6.2.3 逃逸电子现象326

6.2.4 等离子体参数的径向分布330

6.3 托卡马克等离子体的磁流体行为332

6.3.1 磁岛333

6.3.2 Mirnov振荡336

6.3.3 锯齿振荡338

6.3.4 破裂不稳定性343

6.4 托卡马克等离子体的约束特性346

6.4.1 新经典输运346

a)磁撞区的输运性质347

b)香蕉区的输运性质350

c)平台区的输运性质351

6.4.2 托卡马克的定标律353

6.4.3 辅助加热时的约束特性--L模和H模354

6.4.4 自举电流356

6.5 托卡马克中的涨落现象和反常输运357

6.5.1 反常输运现象357

6.5.2 托卡马克中微观涨落的测量359

a) 利用电磁波散射测量密度涨落359

b) 利用探针测量涨落361

c) 托卡马克中微观涨落测量结果概述362

6.5.3 托卡马克中反常输运和微观扰运的理论模式364

6.6 电流驱动366

6.6.1 Fokker-Planck方程367

6.6.2 低混杂波电流驱动370

6.6.3 阿尔芬波电流驱动378

6.6.4 中性注入电流驱动379

6.7 主要的托卡马克实验装置概况381

6.7.1 T-3382

6.7.2 ST383

6.7.3 JFT-2385

6.7.4 Alcator386

6.7.5 TFR387

6.7.6 DITE388

6.7.7 PLT390

6.7.8 T-10391

6.7.9 ISX392

6.7.10 FT393

6.7.11 Doublet-Ⅲ394

6.7.12 ASDEX395

6.7.13 TFTR397

6.7.14 JET398

6.7.15 JT-60400

参考文献401

第七章 磁镜410

7.1 磁镜概念的发展演化过程410

7.1.1 初期的磁镜概念410

7.1.2 磁阱概念414

7.1.3 双极热与标准磁镜417

7.1.4 串列磁镜425

7.1.5 其它形式的磁镜装置431

7.2 磁镜中的粒子约束434

7.2.1 磁矩绝热不变量435

7.2.2 第二绝热不变量J437

7.3 磁镜中的不稳定性438

7.3.1 MHD不稳定性438

7.3.2 高密度静电微观不稳定性--DGH模441

7.3.3 高频对流损失锥微观不稳定性--HFCLC模442

7.3.4 漂移回旋损失锥不稳定性--DCLC模444

7.3.5 阿尔芬离子回旋不稳定性--AIC模447

7.4 磁镜装置实验概况448

7.4.1 2XⅡB以及温等离子体的致稳作用448

7.4.2 串列磁镜：TMX-U，GAMMA-10，TARA451

7.4.3 串列磁镜装置的主要实验进展454

参考文献458

第八章 其它磁约束装置464

8.1 仿星器464

8.1.1 仿星器位形的建立465

8.1.2 仿星器的变型：扭曲器和螺旋器467

8.1.3 仿星器中等离子体的运动规律470

8.1.4 实验进展概况474

8.2 反向场箍缩(RFP)481

8.2.1 Zeta装置与RFP位形的发现481

8.2.2 RFP位形的特点和形成的方法484

8.2.3 RFP的物理基础487

8.2.4 RFP装置实验研究概况490

8.3 场反向位形(FRC)492

8.3.1 场反向电子环493

8.3.2 场反向磁镜(FRM)494

8.3.3 场反向角向箍缩497

8.4 球马克位形(Spheromaks)502

参考文献506

附录一、矢量运算公式513

附录二、物理常数514

附录三、等离子体基本参量515

1.长度515

2.频率517

3.速度518

4.碰撞时间518

附录四、聚变反应520