目錄
前言
引論 1
0.1核能源 1
0.2恒星中的核聚變 5
0.3聚變能研究的歷史 7
0.4慣性約束聚變研究現(xiàn)狀及遇到的挑戰(zhàn) 15
參考文獻(xiàn) 23
第1章 聚變反應(yīng)與慣性約束聚變物理 25
1.1核反應(yīng) 25
1.2原子核的結(jié)合能 29
1.3可資利用的聚變反應(yīng)及其反應(yīng)截面 33
1.4熱核聚變反應(yīng)率 38
1.4.1 熱核反應(yīng) 38
1.4.2熱核反應(yīng)率 40
1.4.3熱核反應(yīng)放能的功率密度 45
1.5慣性約束聚變的一般物理要求 47
1.5.1勞森判據(jù)的一般形式 47
1.5.2慣性約束聚變的點(diǎn)火條件 50
1.5.3 慣性約束聚變的點(diǎn)火條件對(duì)密度的要求 51
1.5.4聚變點(diǎn)火條件對(duì)燃料溫度的要求 53
1.5.5 α粒子射程對(duì)面密度 ρ R的要求 54
1.5.6靶丸球形內(nèi)爆和中心點(diǎn)火 55
參考文獻(xiàn) 58
慣性約束聚變理論與數(shù)值計(jì)算
第2章 球殼靶的內(nèi)爆動(dòng)力學(xué) 60
2.1實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變的方式 60
2.1.1激光核聚變 61
2.1.2相對(duì)論電子束引起的熱核聚變 65
2.1.3重離子束對(duì)熱核聚變的應(yīng)用 66
2.1.4靶丸內(nèi)爆對(duì)稱性要求 66
2.1.5聚變?nèi)剂系念A(yù)熱問題 67
2.2幾種特殊的靶設(shè)計(jì) 68
2.2.1玻璃微球靶 68
2.2.2高增益的激光聚變靶 69
2.2.3高增益的離子束聚變靶 70
2.3熵和沖擊波 71
2.4薄球殼的一維內(nèi)爆動(dòng)力學(xué) 77
2.5激光和X射線對(duì)平面靶的燒蝕 92
2.5.1直接驅(qū)動(dòng)靶的燒蝕過程 92
2.5.2間接驅(qū)動(dòng)靶的燒蝕過程 104
2.6流體力學(xué)不穩(wěn)定性 106
2.6.1 Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性 108
2.6.2 Ritchmyer-Meshkov不穩(wěn)定性 117
2.6.3 燒蝕 Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性 119
2.6.4 燒蝕 Ritchmyer-Meshkov不穩(wěn)定性 124
附錄 1 經(jīng)典的 Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性理論 126
附錄 2 Ritchmyer-Meshkov不穩(wěn)定性的脈沖模型 131
參考文獻(xiàn) 134
第3章 熱斑點(diǎn)火 135
3.1熱斑點(diǎn)火的準(zhǔn)靜態(tài)模型 135
3.2熱斑點(diǎn)火的動(dòng)力學(xué)模型 139
3.3一維動(dòng)力學(xué)模型求解 —用noα 推導(dǎo)無(wú)量綱方程 148
3.4點(diǎn)火條件 155
3.4.1 無(wú)α加熱的產(chǎn)額 157
3.4.2 考慮 α粒子加熱后的產(chǎn)額 158
3.5熱斑的溫度 160參考文獻(xiàn) 172
第4章 α粒子加熱和能量增益 174
4.1等離子體中能量變化方程 174
4.1.1 α粒子加熱的功率密度 174
4.1.2等離子體的軔致輻射功率密度 175
4.1.3等離子體熱傳導(dǎo)能量損失的功率密度 180
4.2熱核反應(yīng)燃耗和能量增益 182
4.2.1熱核反應(yīng)燃耗 182
4.2.2球殼靶的能量增益 186參考文獻(xiàn) 189
第5章 激光等離子體相互作用 190
5.1 概述 190
5.1.1激光的特點(diǎn)和指標(biāo) 190
5.1.2等離子體對(duì)激光能量的吸收過程 191
5.1.3激光等離子體相互作用的區(qū)域和特點(diǎn) 191
5.1.4激光等離子體相互作用的主要物理過程 192
5.1.5激光等離子體相互作用研究的目的、內(nèi)容和方法 193
5.2等離子體中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)描述 194
5.2.1 德拜屏蔽 194
5.2.2運(yùn)動(dòng)論層次的描述 195
5.2.3粒子運(yùn)動(dòng)的雙流體的描述 197
5.3等離子體中的波 199
5.3.1等離子體中的靜電波 —電子 Langmuir波 199
5.3.2等離子體中的離子聲波 202
5.4高頻電磁波在等離子體中的波動(dòng)方程 204
5.4.1描述等離子體中電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的兩種觀點(diǎn) 204
5.4.2廣義歐姆定律的高頻形式 206
5.4.3等離子體中高頻場(chǎng)的波動(dòng)方程 208
5.4.4等離子體中高頻電磁波的色散關(guān)系 209
5.4.5 等離子體對(duì)光波能量的線性吸收系數(shù)κ （逆軔致吸收系數(shù)） 211
5.5等離子體中光波波動(dòng)方程的解 214
5.5.1垂直入射激光在密度線性變化的等離子體中波動(dòng)方程的解 215
5.5.2 斜入射 S極化激光波在非均勻密度等離子體中波動(dòng)方程的解 219
5.5.3 斯涅耳定律 223
5.6等離子體中對(duì)光波的共振吸收 224
5.6.1 電子 Langmuir波的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng) 224
5.6.2等離子體對(duì)激光共振吸收的能量份額 229
5.7等離子體對(duì)激光能量的碰撞吸收 232
5.8激光束在等離子體中傳播的幾何光學(xué)近似 241
5.8.1激光傳播正則方程和幾何光路方程 241
5.8.2等離子體對(duì)激光能量碰撞吸收的幾何光路計(jì)算 244
參考文獻(xiàn) 249
第6章 物態(tài)方程 250
6.1理想等離子體的物態(tài)方程 250
6.2費(fèi)米簡(jiǎn)并電子氣體的物態(tài)方程 253
6.3托馬斯-費(fèi)米理論 254
6.4全局物態(tài)方程 258
6.5物態(tài)方程應(yīng)用舉例 265
6.5.1全局物態(tài)方程與其他參數(shù)庫(kù)的比較 265
6.5.2不同模型參數(shù)對(duì)輻射流體力學(xué)模擬結(jié)果的影響 266
附錄 熱力學(xué)公式 268
參考文獻(xiàn) 271
第7章帶電粒子在靶中的能量沉積 273
7.1物質(zhì)對(duì)帶電粒子的阻止本領(lǐng) 273
7.2考慮束縛電子作用時(shí)物質(zhì)的阻止本領(lǐng) 278
7.3強(qiáng)流粒子束的歐姆加熱 283參考文獻(xiàn) 286
第8章流體力學(xué)自相似理論及應(yīng)用 287
8.1量綱和量綱分析 287
8.2自相似理論 291
8.3內(nèi)爆過程的自相似性 296參考文獻(xiàn) 305
第9章 輻射流體力學(xué)數(shù)值模擬 306
9.1輻射流體力學(xué)方程組 306
9.1.1 Euler觀點(diǎn)下的輻射流體力學(xué)方程組 309
9.1.2輻射流體力學(xué)方程組的隨體微商形式 311
9.1.3等離子體中的三溫方程組 313
9.1.4 Lagrange輻射流體力學(xué)方程組 316
附錄 對(duì)流體元體積積分的隨體微商公式 318
9.2輻射流體力學(xué)方程組的數(shù)值解 319
9.2.1 一維球?qū)ΨQ幾何下輻射流體力學(xué)方程組的形式 319
9.2.2 一維球?qū)ΨQ幾何下 Lagrange輻射流體力學(xué)方程組的差分格式 321
9.2.3計(jì)算精度和穩(wěn)定性檢驗(yàn) 329
9.3輻射磁流體力學(xué)方程組 332
9.3.1 輻射磁流體力學(xué)方程組的形式 332
9.3.2 廣義歐姆定律 333
9.3.3 輻射磁流體力學(xué)方程組的封閉性 335
9.3.4 輻射磁流體力學(xué)方程組的隨體時(shí)間微商形式 336
9.3.5 Lagrange觀點(diǎn)下的輻射磁流體力學(xué)方程組 337
9.3.6 電磁場(chǎng)動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程 337
9.4輻射輸運(yùn)方程及其解 339
9.4.1輻射輸運(yùn)方程 339
9.4.2物質(zhì)的光輻射特性參數(shù) 344
9.4.3輻射輸運(yùn)方程的近似解 346
9.4.4輻射輸運(yùn)方程的積分形式 350參考文獻(xiàn) 355
第10 章中子輸運(yùn)和核素燃耗 356
10.1多群中子輸運(yùn)方程 356
10.2一維中子輸運(yùn)方程的數(shù)值解 361
10.2.1一維平板幾何問題 363
10.2.2一維球?qū)ΨQ幾何問題 367
10.2.3裸鈾球中子有效增殖因子的數(shù)值計(jì)算 375
10.3運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的中子輸運(yùn)問題 377
10.3.1考慮介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的中子輸運(yùn)方程 377
10.3.2中子輸運(yùn)方程的 Lagrange形式 379
10.3.3 Lagrange形式中子輸運(yùn)方程的數(shù)值解法 382
附錄 負(fù)通量的處理與收斂條件 389
10.3.4中子增殖系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)和有效增殖因子的計(jì)算 390
附錄 時(shí)間常數(shù) λf的計(jì)算 395
10.3.5裂變聚變系統(tǒng)爆炸當(dāng)量的計(jì)算 397
10.4核素燃耗方程 401
10.4.1核素燃耗方程的建立 401
10.4.2核素燃耗方程的數(shù)值解 406
附錄 可裂變核素X(i)的燃耗方程 410
10.4.3 α粒子的能量沉積對(duì)等離子體的自加熱 411
參考文獻(xiàn) 416