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全新托卡马克(第4版)(英)约翰·韦森 等9787302591108
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章聚变1.1聚变和托卡马克1.2聚变反应1.3热核聚变1.4聚变功率平衡1.4.1热核功率1.4.2能量损失1.4.3α粒子加热1.4.4功率平衡1.5点火1.5.1点火条件1.5.2点火方法1.6托卡马克1.7托卡马克反应堆1.7.1反应堆结构1.7.2反应堆参数1.7.3反应堆功率1.7.4杂质1.8燃料资源1.9托卡马克的经济学分析1.10托卡马克的研究参考文献第2章等离子体物理2.1托卡马克等离子体2.2德拜屏蔽.等离子体频率2.4拉莫尔轨道运动2.5粒子沿磁场B的运动2.5.1E∥引起的加速2.5.2Δ∥B引起的加速2.6粒子漂移2.6.1E×B漂移2.6.2ΔB漂移2.6.3曲率漂移2.6.4极化漂移2.7绝热不变量2.7.1磁矩2.7.2第二个和第三个绝热不变量2.8碰撞2.8.1动量和能量变化2.9动力学方程2.10福克-普朗克方程2.11回旋平均动力学方程组2.12等离子体的福克-普朗克方程2.13麦克斯韦分布下的福克-普朗克系数2.14弛豫过程2.15碰撞时间2.16电阻率2.17逃逸2.18电磁学2.19流体方程组2.20磁流体力学2.21等离子体流体物理2.21.1流体速度2.21.2压强平衡2.21.3压强张量2.21.4磁场的“冻结”2.21.5极化2.22等离子体的逆磁2.布拉金斯基方程组2..1连续方程2..2动量方程2..能量方程2.24等离子体波2.24.1等离子体振荡2.24.2横电磁波2.24.3声波2.24.4磁流体力学波2.24.5剪切阿尔文波2.24.6磁声波2.25朗道阻尼参考文献第3章平衡3.1托卡马克平衡3.2磁面函数3.3格拉德-沙弗拉诺夫方程3.4安全因子q3.4.1q分布3.5比压β3.6大环径比3.7沙弗拉诺夫位移3.8真空磁场3.9电场3.10粒子轨道3.11粒子俘获3.12俘获粒子轨道3.12.1土豆轨道3.12.2一般轨道3.13等离子体旋转3.13.1离心效应3.14电流驱动3.14.1中束注入3.14.2低杂波电流驱动3.14.3快波电流驱动3.14.4回旋波电流驱动3.14.5快波少数离子电流驱动3.15小结参考文献第4章约束4.1托卡马克约束4.2电阻等离子体扩散4.3柱形等离子体中的扩散4.4普费尔施-施电流4.5普费尔施-施扩散4.6香蕉区输运4.6.1动力学理论4.6.2福克-普朗克方程的解4.6.3输运系数4.7平台区输运4.8韦尔箍缩效应4.9自举电流4.10新经典电阻率4.11波纹输运4.11.1碰撞波纹阱的俘获输运4.11.2快粒子的波纹阱损失4.11.3碰撞波纹扩散4.11.4随机扩散4.11.5实验研究4.12约束模式和定标律表达式4.12.1欧姆加热等离子体4.12.2L模约束4.1.H模约束4.12.4的改善约束模4.13H模4.14内部输运垒4.15定标律4.15.1理论4.15.2实验定标关系4.16输运系数4.17涨落4.17.1观测结果4.17.2与输运的相关4.18湍流引起的输运4.18.1静电涨落引起的输运4.18.2磁涨落引起的输运4.18.3准线理论4.18.4饱和水平与输运通量4.19径向电场剪切与输运4.20引起反常输运的不稳定候选模式4.21湍流模拟4.22临界梯度、边缘输运垒和台基4.杂质输运4.24实验发现4.24.1X事件和功率关断实验4.24.2L-H转换4.24.3窄的转换区间4.25辐损失4.25.1轫致辐4.25.2回旋(同步)辐4.26杂质辐参考文献第5章加热5.1等离子体加热5.2欧姆加热5.3中束注入5.4中束加热5.4.1束的慢化5.4.2离子-加热比例5.4.3分布函数5.4.4实验5.5中束的产生5.5.1离子源5.5.2加速器5.5.3中化室5.5.4负离子源5.6频波加热5.7频加热物理5.7.1波的偏振5.7.2局域描述5.7.3全波描述5.7.4波-粒子无碰撞耗散5.7.5平衡分布函数的演化5.8离子回旋共振加热5.8.1双离子成分等离子体的加热模式5.8.2少数粒子临界浓度5.8.3热化的少数粒子分布函数5.8.4实验进展小结5.9低杂波共振加热5.10回旋共振加热参考文献第6章磁流体力学的稳定6.1磁流体力学稳定6.2稳定理论6.3增长率6.4能量原理6.5托卡马克不稳定6.6大环径比托卡马克6.7扭曲不稳定6.8撕裂模6.8.1外部区域6.8.2电阻层6.9撕裂模的稳定6.9.1导体壁边界条件6.10内扭曲模6.11电阻m=1模6.11.1电阻m=1扭曲模6.11.2m=1撕裂模6.11.3统一的m=1理论6.12局域模6.13气球模6.14气球模稳定6.15轴对称模6.16电阻壁模6.17环向阿尔文本征模6.18β极限参考文献第7章宏观不稳定7.1各种不稳定7.2磁岛7.3撕裂模7.3.1内部驱动撕裂模7.3.2新经典撕裂模7.4米尔诺夫不稳定7.5电流穿透7.6锯齿振荡7.6.1卡多姆采夫模型7.7破裂7.8破裂的原因7.8.1低q破裂7.8.2密度极限破裂7.9破裂的物理机制7.9.1撕裂模不稳定7.9.2撕裂模的增长7.9.3快变阶段7.9.4电流衰减7.9.5逃逸电流7.9.6真空室壁的感应电流7.10锁模7.11误差场不稳定7.12垂直不稳定7.13遍历7.14鱼骨不稳定7.15阿尔文不稳定7.15.1阿尔文级联7.16MARFE7.17边缘局域模7.18运行综述参考文献第8章微观不稳定8.1各种微观不稳定8.2漂移波8.3通行粒子不稳定8.3.1漂移波模8.3.2环形漂移模8.3.3ηi模或离子温度梯度模8.3.4ηe模8.4俘获粒子不稳定8.4.1无碰撞俘获粒子不稳定8.4.2耗散俘获粒子不稳定8.4.3俘获离子模8.4.4耗散俘获模8.5微撕裂模参考文献第9章等离子体与表面的相互作用9.1等离子体与约束表面的相互作用9.2等离子体鞘9.3器9.4刮削层9.4.1刮削层内Te和ne的径向分布9.4.2LCFS外的平行输运9.5再循环和氚滞留9.5.1氚滞留9.6原子与分子过程9.7壁处理9.7.1放电清洗9.7.2金属薄膜9.7.3非金属膜9.8溅9.8.1物理溅9.8.2化学溅9.8.3溅模型9.9材料选择9.10起弧9.11偏滤器9.11.1一维刮削层模型9.11.2刮削层径向率分布9.11.3偏滤器内功率的体损失率9.11.4SOL中的平行流9.11.5偏滤器中的流9.11.6一般设计考虑9.12热流、蒸发和热输运参考文献0章诊断10.1托卡马克诊断10.1.1测量结果的解释10.2磁测量10.2.1等离子体电流10.2.2环路电压10..等离子体表面10.2.4等离子体位置和形状10.2.5等离子体的能量和内电感10.2.6不稳定的测量10.3干涉法10.3.1旋光法10.3.2科顿-穆顿效应10.4反法10.5温度的测量10.5.1汤姆孙散10.5.2回旋辐10.6离子温度与离子分布函数10.6.1中粒子的产生10.6.2用中粒子分析器得到Ti10.6.3用电荷交换谱仪测量Ti10.7等离子体辐10.7.1电离态10.7.2辐的产生10.7.3总辐功率10.7.4测量辐10.8总辐测量10.8.1辐量热计10.8.2软X线10.9断层扫描成像术10.10朗缪尔探针10.10.1探针类型10.10.2单探针10.10.3双探针10.10.4三探针10.11涨落的测量10.11.1重离子束探针10.11.2束发谱10.11.3e的散测量10.11.4e的相关测量和多普勒反计测量10.11.5e的ECE相关测量10.12q分布的确定10.13聚变产物测量10.13.1中子通量10.13.2活化探针10.13.3中子谱仪10.13.4中子和g分布的监测10.13.5α粒子的测量参考文献1章托卡马克实验11.1中小型托卡马克实验11.T-——库尔恰托夫研究所(莫斯科)11.3ST——普林斯顿大学等离子体物理实验室(美国)11.4JFT-2——日本原子能研究所(东京)11.5AlcatorA,AlcatorC和AlcatorC-Mod——麻省理工学院(美国)11.5.1AlcatorC-Mod11.6TFR——法国原子能委员会(法国)11.7DITE——卡拉姆实验室(英国阿宾登)11.8PLT——普林斯顿大学等离子体物理实验室(美国)11.9T-10——库尔卡托夫研究所(莫斯科)11.10ISX——橡树岭实验室(美国)11.11FT和FT-U——能源研究中心,弗拉斯卡蒂,意利11.11.1FT-U11.12DⅢ——通用原子能公司(美国圣地亚哥)11.13ASDEX——·普朗克等离子体物理研究所(德国伽兴)11.14TEXT——德克萨斯大学奥斯汀分校(美国)11.15TEXTOR——基础科学研究中心(德国于利希)11.16ToreSupra——CEA(法国卡达拉什)11.17COMPASS——UKAEA卡拉姆科学中心(英国阿宾登)11.18RTP——FOM等离子体物理研究所(荷兰Rijnhuizen)11.19START——卡拉姆实验室(英国阿宾登)11.20MAST——CCFE卡拉姆科学中心(英国阿宾登)11.21NSTX——普林斯顿大学等离子体物理实验室(美国)11.22TCV——瑞士理工大学等离子体物理研究中心11.托卡马克参数参考文献2章大型托卡马克12.1大型托卡马克实验12.2TFTR——美国普林斯顿大学等离子体物理实验室12.2.1欧姆加热等离子体12.2.2高功率加热实验12..MHD研究12.2.4输运和约束12.2.5氘氚混合实验1.JET——欧洲联合环(英国阿宾登)1..1器实验1..2磁分离实验1..磁流体力学行为和运行极限1..4输运与约束研究1..5偏滤器研究和等离子体-表面相互作用1..电流驱动和剖面控制实验1..高能等离子体和氘氚实验12.4JT-60/JT-60U——日本原子能研究院(日本那珂)12.4.1JT-60上的加热和约束12.4.2偏滤器研究12.4.3电流驱动和稳态运行12.4.4MHD研究12.4.5JT-60U上的约束和聚变能12.5DⅢ-D——通用原子公司,圣地亚哥,美国12.5.1约束和H模的研究12.5.2约束和高能12.5.3MHD研究12.5.4电流驱动12.5.5偏滤器能12.6ASDEXUpgrade——·普朗克等离子体物理研究所(德国伽兴)12.6.1ASDEX-U的主要参数12.6.2偏滤器物理12.6.3等离子体与壁的相互作用和作为壁材料的钨12.6.4与运行边界相关的等离子体边缘区12.6.5约束与输运研究12.6.6ELM搏动、粒子输运、加料和密度剖面12.6.7优选运行模式和内部输运垒12.6.8磁流体力学稳定12.7EAST——等离子体物理研究所(中国合肥)12.8KSTAR——优选研究、聚变研究院(韩国大田)参考文献3章未来13.1现状13.2战略13.3反应堆要求13.3.1约束13.3.2破裂13.3.3排气13.3.4技术13.4反应堆功率平衡13.4.1H模约束13.4.2α粒子功率13.4.3L模约束13.4.4H模阈值13.4.5轫致辐13.4.6动力反应堆13.4.7实验反应堆13.5ITER13.6ITER的能评估13.6.1运行模式13.6.2感应驱动13.6.3稳态运行13.7前景13.7.1发电厂13.7.2展望参考文献4章附录14.1矢量关系14.2微分算子14.3单位及其变换14.4物理常数14.5库仑对数14.6碰撞时间14.7长度14.7.1德拜长度14.7.2拉莫尔半径(热粒子,v2⊥=2v2T)14.7.3平均自由程(vT×碰撞时间)(Z=1)14.8频率14.8.1等离子体频率14.8.2回旋频率14.9速度14.9.1热速度14.9.2阿尔文速度14.10电阻率14.11χi的张-欣顿(Chang-Hinton)公式14.12自举电流14.13约束定标关系14.14等离子体形状14.15公式14.16符号参考文献
王文浩,清华大学 工程物理系 不错,中国科学技术大学 近代物理系1983年,理学博士,长期从事磁约束聚变等离子体和托卡马克装置的实验研究。曾译著《等离子体物理与聚变能》(MIT教材,科学出版社,2010年出版)和《等离子体科学》(美国科学院专题报告,科学出版社,2012年出版)等。发表SCI文章几十篇,1986年科大留校,主要从事等离子体物理教学和托卡马克等离子体诊断的研究。2003年在职博士后应清华大学工程物理系之邀入工物系博士后流动站工作,主要从事球形托卡马克的实验研究和学科教学建设工作,出站后留校工作至今。
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