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第1章 核聚变反应1

1.1发热核反应：裂变和聚变1

1.2聚变反应物理2

截面、反应率和反应速率2

聚变截面参数表达式3

非共振反应的穿透因子5

1.3一些重要的聚变反应7

主要受控聚变燃料9

改进的聚变燃料10

p-p循环10

CNO循环10

CC反应10

1.4麦克斯韦平均的聚变反应率11

非共振反应的伽莫夫形式12

共振反应率13

可控聚变燃料的反应率14

1.5高密度物质中的聚变反应率16

电子屏蔽、弱耦合等离子体17

强耦合等离子体18

晶状固体：超密核极限18

1.6反应核的自旋极化19

1.7μ催化聚变19

1.8历史回顾21

第2章 热核聚变和约束23

2.1热核聚变23

束聚变和热核聚变23

理想点火温度24

2.2等离子体约束25

磁约束25

惯性约束26

2.3热核点火：磁约束聚变和核惯性约束聚变26

2.4磁约束聚变的劳森型和nτT点火条件27

功率平衡和能量约束时间27

劳森型判据27

nτT点火条件28

2.5惯性约束聚变点火和高增益条件29

约束参数ρR29

燃烧效率30

燃烧参数HB31

2.6惯性聚变能生产的总体要求32

惯性聚变能反应堆的增益要求32

容许的燃料质量33

高燃料压缩33

热斑点火和燃烧传播33

2.7燃料循环34

DT循环和氚增殖34

氘和改进型燃料35

第3章 球形内爆惯性约束37

3.1球形内爆模拟37

靶和激光脉冲38

内爆图39

整形脉冲驱动的中空壳靶41

辐照和内爆43

内爆转滞和热斑产生45

燃料点火和燃烧50

模拟结果总结52

优化靶增益54

3.2对称性和稳定性55

长波扰动56

瑞利-泰勒不稳定58

3.3聚变靶能量输出58

3.4历史回顾59

3.5文献回顾61

第4章 点火和燃烧62

4.1点火球的功率平衡62

聚变功率沉积63

聚变带电产物63

中子65

热传导65

轫致辐射65

机械功66

4.2预拼装燃料的中心点火66

自加热条件67

点火条件68

自加热时间70

4.3热斑产生动力学72

4.4热斑演化和燃烧传播74

早期演化和解析点火判据75

自调制燃烧波76

热核燃烧传播区77

4.5光厚燃料的体点火77

4.6完全燃烧模拟和燃烧效率80

4.7纯氘的点火82

4.8总结83

第5章 能量增益85

5.1热斑点火模型85

靶增益、燃料增益、耦合效率η85

热斑86

冷燃料：等熵参数α87

等压结构：压力p88

5.2等压模型的增益曲线88

对η、α、p的依赖89

模型增益曲线和详细计算的比较91

5.3极限增益曲线92

给定燃料质量的增益曲线92

极限增益的解析推导93

燃烧给定质量燃料所需的最小能量95

模型的缺点和推广97

5.4约束增益曲线和靶设计98

烧蚀压和内爆壳层速度99

点火能量随内爆速度的定标100

激光功率-激光能量窗口101

5.5非等压结构的增益曲线103

有热斑的等容拼装103

光厚DT燃料的体点火104

不同结构和燃料的比较106

第6章 流体动力学108

6.1理想气体动力学108

守恒形式的基本方程108

物理限制109

欧拉描述109

一维拉格朗日描述110

6.2激波111

不连续性111

于戈尼奥条件（Hugoniot condition）112

理想气体中的激波113

弱激波113

强激波113

稀疏波和激波稳定性114

6.3平面等熵流115

等熵流115

特征线和黎曼不变量116

简单波117

中心稀疏波118

等熵压缩到任意密度119

拉格朗日坐标系中的稀疏波121

等温稀疏波122

6.4u（r，t）∝r的径向流123

均匀绝热流124

Kidder的累积内爆125

转滞流127

6.5量纲分析131

理论131

例子：点爆炸132

6.6对称群和相似解133

DE李群理论的一些要素134

一维流体动力学的李群135

不变解的分类136

定标不变解138

时间为指数形式的解138

S3和S4对称139

投影得到的新解139

6.7定标不变相似解141

相似坐标141

粒子轨迹和特征线142

质量和熵守恒143

约化到ODE144

概述U、C平面解145

奇点146

激波边界150

中心爆炸（P6流）150

可累积内爆（点P5流体）153

均匀气体压缩155

Guderley的内爆激波156

内爆非等熵壳层158

内爆壳层的转滞压159

对ICF靶内爆的意义160

第7章 热波和烧蚀驱动162

7.1电子和光子输运162

一般讨论162

扩散和热传导163

7.2电子热传导164

Fokker-Planck处理164

陡峭温度梯度和限流165

7.3辐射输运167

谱强度和输运方程167

局域热平衡和基尔霍夫定律168

扩散近似169

双温灰近似169

辐射热传导169

7.4非稳态热波170

不同类型的热波170

自相似热波：量纲分析171

7.5自调节加热波173

超声速加热波173

烧蚀加热波174

在激光驱动烧蚀中的应用174

7.6烧蚀热波177

普遍解177

对高Z壁的应用178

7.7稳态烧蚀179

爆燃和爆轰180

X射线驱动烧蚀182

X射线烧蚀压和质量烧蚀速率184

超声速X射线加热186

7.8稳态激光烧蚀186

临界密度的作用186

激光驱动稳定烧蚀的定标187

传导层188

7.9在加速参考系中的稳态烧蚀波前190

平面几何解190

数值结果191

7.10球形火箭驱动193

火箭方程193

球形内爆参数193

内爆速度和流体效率194

内爆速度和飞行形状因子196

第8章 流体稳定性198

8.1流体不稳定和ICF：概述198

瑞利-泰勒不稳定性198

RTI和ICF201

Richtmyer-Meshkov不稳定性203

Kelvin-Helmoltz不稳定性203

8.2平面界面的稳定性204

不可压缩流体的势流方程204

流体边界205

微小扰动：线性化方程206

法向模式分析和色散关系207

经典RTI增长率209

黏滞度和可压缩性对RTI的影响209

KHI增长率210

时间演化211

具有有限厚度流体层的RTI和馈入211

RMI增长率213

不均匀加速214

8.3任意密度轮廓流体的RTI215

线性化扰动方程215

通用的不稳定性条件216

经典RTI增长率217

密度梯度217

8.4烧蚀波前的RTI218

等压流体模型219

用Froude数和传导率指数v进行讨论220

扰动方程223

自洽处理的结果224

与实验和模拟的比较227

8.5球面边界的稳定性231

腔的扰动方程231

球形腔的稳定性、腔的振荡232

内爆减速时的经典RTI233

减速ICF壳层的烧蚀RTI234

8.6单模扰动的非线性演化235

At=1时的RTI空泡演化236

任意At时空泡和尖钉的渐近行为238

单个RTI模式的线性饱和振幅239

三维和二维非线性RTI演化的比较240

8.7多模扰动的非线性演化242

前瞻及与ICF靶设计的相关性242

全谱多模式的增长饱和243

饱和后弱非线性演化的模型244

湍流混合245

8.8RTI和靶设计246

烧蚀波前的扰动增长247

内壳层表面的扰动增长249

用模型和流体程序分析靶的稳定性250

减小靶对RTI的敏感251

8.9文献说明252

第9章 黑腔靶254

9.1基本概念254

9.2转换为X射线256

激光束转换256

离子束转换258

9.3辐射约束260

黑腔温度260

流平衡261

壁反照率和再辐射数262

再辐射实验和黑腔观测温度264

9.4几何对称265

不对称球模型265

视角因子理论266

同心球之间的转换267

9.5黑腔靶模拟268

针对重离子聚变的黑腔靶268

用优化光厚辐射驱动靶丸271

9.6黑腔靶实验274

黑腔对称性实验274

黑腔靶的激波实验275

第10章 热稠密等离子体276

10.1稠密等离子体中的原子276

屏蔽氢原子模型276

平均离子模型278

压力电离279

连续谱降低280

10.2理想稠密等离子体281

热力学关系281

理想气体和萨哈电离281

费米气体282

10.3托马斯-费米理论284

基本TF方程284

TF电子物态方程285

TF压力电离的显式公式287

TF统计模型中中性原子的总束缚能287

10.4离子EOS模型288

固体声子EOS289

流体EOS的Cowan模型290

10.5全局物态方程291

一般讨论291

QEOS：通用意义上的物态方程294

化学束缚修正294

QEOS例子295

10.6辐射过程297

微观可逆和细致平衡297

Kramers截面的准经典推导299

轫致辐射和吸收299

辐射俘获和光电离300

线辐射和线吸收301

多普勒和斯塔克展宽303

振子强度的谱扩展和求和规则305

不可分辨跃迁矩阵和超跃迁矩阵305

10.7光厚306

普朗克和Rosseland平均光厚306

全电离等离子体的显式公式307

光子散射307

最大光厚极限307

光厚计算308

简单LTE光厚模型结果308

光厚实验312

10.8非LTE等离子体314

非LTE电离314

非LTE光厚316

10.9电子碰撞317

稀薄等离子体中的碰撞时间317

温度T≤Tp的温稠密等离子体的碰撞频率318

内壳层电子的碰撞电离320

等离子体中的碰撞电离速率321

三体复合321

第11章 束靶相互作用322

11.1等离子体物理基础322

横向电磁波323

纵向色散323

朗缪尔波324

离子声波325

11.2激光在等离子体中的碰撞吸收326

吸收系数326

碰撞吸收模型327

对波长的依赖328

11.3共振吸收329

有密度梯度时激光和等离子体波的耦合329

理论吸收曲线329

和实验数据比较330

11.4由波激发引起的光吸收和散射331

有质动力331

三波耦合和参量不稳定性333

参量衰变334

双等离子体激元衰变334

受激布里渊散射（SBS）334

受激拉曼散射334

热电子336

11.5等离子体中离子束能量损失理论337

两体碰撞引起的快电子制动337

价电方法下的投射尾波场338

等离子体中的制动功率339

快离子激发的等离子体波（υp／υth》1）340

Bethe公式341

慢离子的制动功率341

非线性摩擦力342

任意υp的等离子体制动近似公式343

燃烧等离子体中带电聚变产物的制动344

11.6重离子的有效电荷Zeff346

Zeff（υ）的半经典描述346

电离和复合过程347

靶后对Zeff的测量348

入射粒子飞行辐射测量349

11.7在冷和热物质中离子制动功率和射程350

部分电离物质中的制动过程350

冷物质中的离子射程351

在等离子体中dε／dx的增强351

在稠密等离子体中dε／dx和R的例子353

第12章 快点火355

12.1概念和前景355

12.2点火条件和燃料能量增益356

一维等容模型356

点火窗口357

容许的粒子束射程358

快点火靶的燃料增益358

12.3快点火带来的新视角359

注入的触发器359

非球形结构359

镶嵌DT种子的氘靶的燃烧360

12.4相对论强度下的激光等离子体物理361

激光快点火362

相对论激光等离子体相互作用362

自聚焦和电子束产生363

观测到的通道和电子束364

电子加速机制365

12.5稠密等离子体中的电子束输运367

激光钻孔367

阿尔文电流极限和韦伯不稳定性367

成丝和反常制动369

电子传输实验370

12.6快点火新概念370

锥引导的快点火370

锥引导靶实验371

质子束快点火372

附录A单位和单位转换374

附录B物理常数375

附录C常用符号376

附录D缩写382

参考文献383