等离子体物理学和受控聚变

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出版者:
作者:陈
出品人:
页数:421
译者:
出版时间:2010-4
价格:59.00元
装帧:
isbn号码:9787510005725
丛书系列:
图书标签:
  • 等离子体物理
  • 物理学
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具体描述

《等离子体物理学和受控聚变:第1卷(第2版)》内容简介:In the nine years since this book was first written, rapid progress has been made scientifically in nuclear fusion, space physics, and nonlinear plasma theory. At the same time, the energy shortage on the one hand and the exploration of Jupiter and Saturn on the other have increased the national awareness of the important applications of plasma physics to energy production and to the understanding of our space environment.

In magnetic confinement fusion, this period has seen the attainment of a Lawson number nTE of 2×1013 cm-3 sec in the A!cator tokamaks at MIT; neutral-beam heating of the PLT tokamak at Princeton to KTi=6.5 keV; increase of average to 3%-5% in tokamaks at Oak Ridge and General Atomic; and the stabilization of mirror-confined plasmas at Livermore, together with injection of ion current to near field-reversal conditions in the 2XIIB device. Invention of the tandem mirror has given magnetic confinement a new and exciting dimension. New ideas have emerged, such as the compact torus, surface-field devices, and the EBT mirror-torus hybrid, and some old ideas, such as the stellarator and the reversed-field pinch, have been revived. Radiofrequency heat-ing has become a new star with its promise of dc current drive. Perhaps most importantly, great progress has been made in the understanding of the MHD behavior of toroidal plasmas: tearing modes, magnetic islands, and disruptions. Concurrently, the problems of reactor design, fusion technology, and fission-fusion hybrids have received serious attention for the first time.

宇宙的结构与演化:从奇点到星际介质的宏伟叙事 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,探索宇宙从其诞生之初到当前复杂结构的完整演化历程。我们避开了对特定物理学分支(如等离子体物理学或核聚变技术)的深入探讨,而是将焦点集中于宇宙学、结构形成、星系动力学以及星际和星系际物质的宏观性质。 本书共分为五大部分,逻辑清晰地引导读者穿越时间的洪流,理解我们身处的宇宙是如何成为今天的样貌。 --- 第一部分:宇宙的黎明与早期结构 本部分着重描述宇宙起源的理论框架及其在最初的瞬间所经历的极端物理条件。 第一章:标准宇宙学模型的回顾与基础 我们将从爱因斯坦的广义相对论出发,建立描述时空曲率和物质能量分布的弗里德曼方程组。随后,我们将详细阐述大爆炸理论的核心支柱:哈勃膨胀、宇宙微波背景辐射(CMB)的发现及其各向异性。我们将探讨标准模型(Lambda-CDM)的构成要素——暗能量(Lambda)和冷暗物质(CDM)——并分析它们对宇宙学参数的贡献。 第二章:暴胀理论与初始扰动 暴胀期是解决视界问题和平坦性问题的关键。本章将详细剖析暴胀模型的机制,包括标量场(Inflaton)的动力学。重点在于理解暴胀如何“冻结”了量子涨落,并将其放大为宏观尺度的密度扰动。我们将分析CMB中极化模式(E-模和B-模)的理论预测,以及它们如何成为探测暴胀物理的最佳探针。 第三章:原初核合成与轻元素丰度 在大爆炸后最初的几分钟内,宇宙温度骤降至足以允许质子和中子结合形成轻元素(氢、氦、锂)。本章将精确计算这些元素的核合成过程,并比较理论预测的丰度与天文观测结果。这种丰度的精确匹配被认为是早期宇宙物理学最强有力的证据之一。 第四章:复合与宇宙的“黑暗时代” 在红移$z approx 1100$时,宇宙温度降至约3000开尔文,质子和电子复合形成中性原子。这一事件使得光子得以自由传播,形成了我们今天观测到的CMB。复合事件之后,宇宙进入了一个长达数亿年的“黑暗时代”,此时只有中性气体和暗物质晕存在,没有恒星发光。我们将分析此时期物质密度的演化和引力不稳定性的积累。 --- 第二部分:结构形成的阶梯 本部分从暗物质晕的形成开始,追溯到第一代恒星和星系的诞生。 第五章:暗物质的引力作用与晕的形成 暗物质是结构形成的主导因素。本章将深入研究冷暗物质(CDM)的性质,以及它如何通过引力坍缩形成层次化的结构。我们将讨论暗物质晕的质量函数、密度剖面(如NFW剖面),以及模拟技术(如N体模拟)如何再现我们观测到的宇宙网结构。 第六章:第一代恒星(Population III)的诞生 在黑暗时代末期,气体在最大的暗物质晕中心冷却并坍缩,点燃了宇宙中的第一批恒星。这些恒星主要由氢和氦组成,缺乏重元素。本章将探讨它们的形成机制、极端的质量范围(可能达到太阳质量的数百倍)以及它们对早期宇宙化学演化的关键作用——通过超新星爆发播撒了第一批重元素。 第七章:矮星系与星系形成的基本单元 早期星系形成主要体现为矮星系的合并和吸积过程。我们将分析星系形成中的“反馈机制”——恒星形成、超新星爆发和活动星系核(AGN)喷流——如何调节气体冷却和恒星形成的效率,防止小型晕内物质全部转化为恒星。 --- 第三部分:星系与宇宙网的动力学 本部分关注宏观结构——星系及其集群——的分布、形态和演化规律。 第八章:星系的形态学与星系演化路径 本章系统分类了螺旋星系、椭圆星系以及不规则星系。我们将探讨主要的星系演化模型,如“合并模型”和“渐进式吸积模型”,并分析如何通过星系际介质(ICM)的加热和星系并合历史来区分不同的演化路径。 第九章:星系团与宇宙网的宏观动力学 星系并非随机分布,而是形成了巨大的纤维状结构——宇宙网,其中星系团处于节点位置。我们将介绍团簇动力学,包括维里定理在测量团簇质量中的应用,以及星系团的冷却流(Cooling Flows)对团簇核心恒星形成的影响。 第十章:星系际介质(IGM)的电离与热力学 在星系之间广阔的空间中充满了稀薄的气体,即星系际介质。本章探讨再电离时代(Epoch of Reionization)的物理过程,即早期恒星和类星体的紫外辐射如何将宇宙从完全中性状态转变为我们今天观测到的高度电离状态。我们将分析IGM的温度和化学丰度梯度。 --- 第四部分:高能辐射源与宇宙的“发光”阶段 本部分聚焦于宇宙中能量最高的现象,这些现象揭示了极端引力场和物质相互作用的物理学。 第十一章:活动星系核(AGN)与超大质量黑洞 几乎所有大质量星系的中心都潜伏着一个超大质量黑洞(SMBH)。当SMBH吸积周围物质时,它们表现为AGN,释放出巨大的能量。本章将分类讨论不同类型的AGN(如类星体、塞弗特星系),并解释其辐射机制、相对论性喷流的产生,以及它们对宿主星系演化的双向影响。 第十二章:超新星的物理学与元素产生 恒星生命终结时的剧烈爆炸是宇宙中重元素的主要来源。本章将区分Ia型(热核爆炸)和II型(核心坍缩)超新星的物理机制。我们将详细分析核合成过程在这些极端爆炸中如何形成铁族元素及更重的元素(如金、铀),并将这些预测的丰度与古老恒星的观测数据进行对比。 --- 第五部分:现代观测工具与未来展望 本部分将概述当前用于研究宇宙学和结构形成的主要观测技术,并展望未来的研究方向。 第十三章:来自电磁波谱的宇宙信息 本章回顾了从射电波段到伽马射线波段的主要天文观测窗口。我们将重点介绍大视场巡天项目(如斯隆数字巡天、暗能量巡天)如何绘制出数百万个星系的三维分布图,以及詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)如何以前所未有的灵敏度观测早期宇宙。 第十四章:引力波天文学与多信使宇宙学 引力波的探测开辟了观测宇宙的新维度。本章讨论由黑洞或中子星并合产生的引力波信号的物理起源。我们将探讨如何结合引力波观测与电磁信号(多信使天文学),以更精确地测量哈勃常数,并探测遥远天体的性质。 第十五章:暗能量的本质与宇宙的最终命运 作为Lambda-CDM模型中最大的未知数,暗能量的性质决定了宇宙的未来。本章深入探讨当前测量暗能量状态方程($w$)的实验方法,包括重子声学振荡(BAO)和弱引力透镜效应。最终,我们将基于不同的$w$值,推导并讨论宇宙可能面临的未来情景——加速膨胀下的“大冻结”或更极端的命运。 --- 本书的撰写风格力求严谨而富有启发性,旨在为具备基础物理或天文学知识的读者提供一个系统化的、不涉及微观等离子体效应的宏观宇宙画卷。我们专注于描述宇宙尺度的物质分布、能量平衡以及时空演化的基本规律。

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读后感

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用户评价

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当我看到《等离子体物理学和受控聚变》这个书名时,我的内心涌起一股对宇宙深处能量奥秘的探索欲。我猜想,这本书会从等离子体的宏观和微观角度,全面地介绍这一物质态。我期待着,书中能够详细阐述等离子体在宇宙中的重要作用,例如恒星的形成与发光,以及星际物质的分布。同时,我也希望能够了解等离子体的基本物理特性,比如其导电性、导热性,以及它与电磁场的独特耦合方式。而“受控聚变”这一部分,则让我对接下来的内容充满了好奇。我渴望了解,人类是如何尝试在地球上重现恒星内部的能量产生机制,为未来提供清洁、可持续的能源。书中是否会详细介绍实现聚变反应的关键物理原理,比如克服原子核之间的静电斥力,以及不同约束方式(如磁约束和惯性约束)的技术细节?我期待着,作者能够以一种充满洞察力的方式,揭示这项宏伟工程的科学挑战和工程难题,并描绘出受控聚变能源对人类未来的深远影响。这本书,在我看来,更像是一张通往未来能源世界的蓝图。

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翻阅《等离子体物理学和受控聚变》这本书,我脑海中浮现的画面并非枯燥的公式和理论,而是工程师们在巨大的实验装置旁,紧张而又专注地进行着一系列复杂的操作。我想象中,书中定会描绘出这样的场景:巨大的托卡马克装置,宛如一个金属巨兽,内部是真空的腔体,等待着高温等离子体的诞生。接着,强磁场被激活,如同无形的双手,将这个炽热的“太阳”在人间牢牢地约束住。我期待着能读到关于磁约束聚变(如托卡马克和仿星器)和惯性约束聚变(如激光驱动聚变)的详细介绍,它们各自的原理、优势与挑战,将是书中不可或缺的部分。我希望作者能够用生动的语言,解释那些抽象的物理概念,比如粒子在磁场中的回旋运动,等离子体的不稳定性,以及如何通过精密的控制来维持等离子体的稳定状态。我更希望书中能够探讨当前全球在受控聚变领域的研究进展,那些正在进行中的大型国际合作项目,比如ITER,它们肩负着怎样的使命,又取得了哪些令人振奋的突破?同时,我也好奇于书中是否会涉及聚变反应堆的未来设计,未来的能源世界会因为聚变而发生怎样的改变?这本书,在我看来,更像是一扇通往未来的窗口,让我能够提前一窥人类解决能源危机的终极方案。我期待着,作者能够以一种充满激情的方式,带领我穿梭于理论的殿堂和实践的前沿,感受科学家们为了实现这一伟大梦想所付出的不懈努力。

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这本书的标题《等离子体物理学和受控聚变》本身就充满了科学的神秘感与未来能源的希望,作为一个对科学探索有着浓厚兴趣的读者,我在翻开它之前,内心就充满了期待。我设想着,这本书定会将我带入一个微观粒子激荡、能量奥秘无穷的世界。想象中的内容,应该是从等离子体最基本的概念入手,如同一个引路人,循序渐进地揭示这种“物质第四态”的奇特属性。我期待着能读到关于等离子体在宇宙中的普遍性,比如恒星的炽热核心、星际空间的弥漫物质,甚至是极光现象的背后原理。当然,这本书的另一半——“受控聚变”,更是点燃了我对未来的遐想。我渴望了解人类是如何试图模仿太阳的能量产生机制,将轻原子核聚变产生的巨大能量加以控制,从而为地球提供近乎无限的清洁能源。这本书应该会详细阐述实现这一宏伟目标所面临的巨大挑战,从高能等离子体的约束技术,到材料科学的难题,再到工程实现的可能性,每一个环节都充满了科学的智慧与工程的艰辛。我期待着作者能用引人入胜的笔触,将这些复杂的概念具象化,让我这个非专业读者也能窥见其中的奥妙。或许,书中还会提及一些历史性的里程碑,那些伟大的科学家们是如何一步步推进这项研究的,他们的思路、他们的实验,都将是激发我学习热情的源泉。我深信,一本好的科普书籍,不仅在于知识的传递,更在于点燃读者的好奇心和探索欲。这本书,从标题来看,似乎有潜力做到这一点。我迫切地想知道,作者是如何将如此宏大的主题,用清晰而又富有洞察力的方式呈现在我面前的。

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从《等离子体物理学和受控聚变》这个书名,我立刻联想到那些深邃的科学难题和激动人心的未来愿景。我预感,这本书会从等离子体的基础物理原理讲起,例如,它可能会深入探讨等离子体作为物质第四态的形成机制,以及其在宇宙学中的普遍性。我期待着,书中会详细介绍等离子体的基本属性,比如其准中性、集体行为以及特殊的动力学特征,并可能涉及一些描述等离子体运动的方程,如Vlasov方程和MHD方程。同时,我对“受控聚变”部分充满了期待。我希望能够在这里了解到,人类是如何一步步朝着实现可控核聚变能源的目标迈进的。书中或许会详细阐述实现聚变反应的物理条件,比如需要克服的库仑势垒,以及聚变反应释放巨大能量的原理。我更期待看到,书中是如何分析当前主要的聚变研究途径,比如磁约束聚变(如托卡马克和仿星器)以及惯性约束聚变(如激光聚变),并可能深入探讨它们各自的技术挑战和发展前景。这本书,在我看来,更像是一次穿越科学前沿的旅程,让我有机会窥探人类在解决能源问题和探索宇宙奥秘方面所做的努力。我期待着,作者能够以一种引人入胜的方式,将这些高深的科学知识呈现出来,让我能够感受到科学探索的魅力。

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《等离子体物理学和受控聚变》这个书名,在我心中立刻点燃了对前沿科学和未来能源的浓厚兴趣。我设想,这本书定会从等离子体的基础知识讲起,带我领略物质第四态的奇妙世界。我期待着,书中能详细介绍等离子体的形成、基本属性以及它在宇宙和地球上的广泛存在,例如恒星的内部、星际空间、极光以及一些工业应用。我希望能够深入了解等离子体的动力学行为,比如其集体效应、波的传播以及与磁场的相互作用。而“受控聚变”部分,更是让我对未来的能源解决方案充满了希望。我渴望了解,人类是如何试图在可控的条件下,模拟太阳的能量产生过程,从而获得几乎取之不尽的清洁能源。书中是否会深入探讨实现聚变反应所需的极端条件,比如超高温度和密度,以及各种实现聚变的方法,例如磁约束和惯性约束?我期待着,作者能够以一种严谨而又生动的方式,将这些复杂而又令人振奋的科学原理和工程挑战呈现在我面前,让我能够理解这项改变人类未来的伟大事业。

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当我的目光落在《等离子体物理学和受控聚变》这个书名上时,一股强烈的求知欲瞬间被点燃。我设想,这本书定会如同一个精心编排的科学故事,从等离子体的基础理论娓娓道来。我期望能够在这里找到关于等离子体基本概念的详尽阐述,诸如它的宏观性质(如温度、密度、电导率)和微观性质(如粒子的分布函数、碰撞过程)的清晰解释。甚至,我期待作者能够深入到等离子体波动的理论,比如朗缪尔波、离子声波等,这些奇妙的集体激发如何影响着等离子体的行为。而“受控聚变”这个词,则像一个充满诱惑的未来图景。我渴望了解到,人类是如何试图在地球上重现恒星内部的核聚变过程,以获取源源不断的清洁能源。书中或许会细致地介绍实现聚变反应的关键物理原理,例如聚变反应的几种主要类型(如氘-氚反应),以及诱发这些反应所需的极端条件。我特别期待看到,书中是如何探讨“约束”这一核心问题的,无论是通过强大的磁场来约束高温等离子体,还是通过高能激光束来压缩燃料,这些技术手段的精妙之处,定会令人大开眼界。我希望作者能够用清晰的逻辑和丰富的实例,将这些复杂的技术细节呈现在我面前,让我能够理解其中的科学原理和工程挑战。

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这本书的标题,让我立刻联想到宇宙中最普遍、也最充满能量的物质形态——等离子体。我猜想,这本书很可能会深入浅出地剖析等离子体的本质,从电子和离子的集体行为,到其独特的导电性、导热性以及与电磁场的相互作用。我期待着,书中会通过大量的图示和类比,将这些抽象的物理现象变得触手可及。例如,描述等离子体在不同温度和密度下的状态,以及它们在自然界中的各种应用,比如雷电、太阳风,甚至是某些工业过程。而“受控聚变”这一部分,则让我对接下来的内容充满了好奇。我设想着,书中会详细介绍实现聚变反应所需的极端条件:超高温、超高压,以及如何利用强大的能量来克服原子核之间的静电斥力,促使它们结合并释放出巨大的能量。我希望作者能够解释,人类为何会对聚变能源如此执着,它的潜在优势在哪里?与我们目前使用的化石能源相比,它在清洁性、资源可持续性等方面有何巨大的提升空间。书中或许还会提及一些前沿的科学问题,比如如何实现“能量净输出”,即产生的聚变能量大于维持聚变反应所需的能量。这无疑是受控聚变研究中最核心的挑战之一。我期待着,作者能够以一种严谨又不失趣味的方式,带领我领略等离子体物理学的魅力,并深入了解受控聚变这项改变人类未来的伟大事业。

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当我看到《等离子体物理学和受控聚变》这本书的书名时,我的思绪立刻飞到了那些关于宇宙起源、恒星演化以及未来能源的宏大议题上。我设想,这本书定会从等离子体的基础理论入手,为我揭开物质第四态的神秘面纱。我期待着,书中能够详细阐述等离子体的形成条件、基本属性以及其在自然界和科技领域中的广泛存在。或许,书中会涉及等离子体的动力学行为,例如各种波的传播,以及它在磁场中的运动规律。而“受控聚变”这一部分,则是我最为关注的焦点。我渴望了解,人类是如何尝试在地球上复制太阳的能量产生过程,以获取清洁、几乎取之不尽的能源。书中是否会详细介绍实现聚变反应所需的关键要素,例如需要极高的温度和密度,以及如何克服原子核之间的库仑斥力?我期待着,书中能够深入探讨当前主要的聚变研究方向,比如磁约束聚变(如托卡马克和仿星器)和惯性约束聚变(如激光聚变),并可能对其各自的技术瓶颈和发展前景进行分析。这本书,在我看来,代表着人类对解决能源危机和探索宇宙奥秘的极致追求,我希望作者能够以一种引人入胜的方式,将这些复杂而又充满希望的科学知识呈现给我。

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《等离子体物理学和受控聚变》这个书名,在我心中激起了无数的遐想。我预想,这本书会像一位经验丰富的向导,带领我深入等离子体的奇妙世界。我期待着,书中能够详细阐述等离子体的基本概念,从它在宇宙中的普遍存在,如恒星内部、星际介质,到它在地球上的一些现象,如闪电、极光,再到它在工业上的应用,如等离子体处理。我希望能够读到关于等离子体各种奇特行为的解释,比如其作为导电流体的特性,以及它如何与电磁场相互作用,形成复杂的结构和动力学现象。而“受控聚变”部分,则更是让我对接下来的内容充满了浓厚的兴趣。我渴望了解,人类是如何试图模仿太阳产生能量的机制,将轻原子核融合在一起,释放出巨大的能量。我希望书中能够详细介绍实现这一宏伟目标所面临的巨大挑战,例如如何生成并维持极高温、高密度的等离子体,以及如何有效地约束住这个“人造太阳”。这本书,在我看来,不仅是对一项前沿科学技术的介绍,更是对人类智慧和不懈探索精神的赞颂。我期待着,作者能够以一种生动、形象的方式,将这些复杂而又令人振奋的科学原理和工程难题呈现在我面前。

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《等离子体物理学和受控聚变》这个书名,在我脑海中勾勒出一幅既遥远又贴近未来的画面。我猜想,这本书会首先深入讲解等离子体这一神奇的物质状态。我期待着,书中能从最基本的光电效应、电离过程入手,解释等离子体是如何形成的,以及它与传统固、液、气态物质的根本区别。或许,书中还会涉及描述等离子体行为的宏观方程和微观统计理论,例如MHD理论如何描述等离子体的整体运动,以及玻尔兹曼方程如何刻画粒子的分布。而“受控聚变”的部分,则更是让我对未来的能源图景充满了憧憬。我希望能够在这里读到,人类是如何试图在可控的条件下,模拟恒星的聚变过程,从而获取清洁、高效的能源。书中是否会深入探讨实现聚变所需的“点火”条件,以及当前各种聚变方案(例如氘-氚反应、质子-硼反应)的优劣势?我期待着,作者能够以一种清晰、易懂的方式,解释这些复杂的物理原理和工程难题,让我能够理解这项伟大事业的艰巨性与重要性。这本书,在我看来,不仅是一本科普读物,更是一部关于人类探索未知、追求进步的史诗。

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