聚变能及其应用

序

前言

第1章人类的能源需求及对未来能源的展望

1.1我国能源需求的展望

1.2能源的科学预测

1.3环境污染

1.4世界能源需求

1.5裂变核能

1.6聚变核能

1.7核聚变能研究的历史和现状

1.8对未来能源的展望

1.9聚变裂变混合堆

参考文献

第2章核物理及等离子体物理中的元过程

2.1高温等离子体的物理过程

2.2微观过程与宏观过程

2.3弹性碰撞

2.4非弹性碰撞

2.5核反应的截面、自由程、反应时间

2.6热核等离子体的能量平衡

2.7等离子体内热能的平衡方程

2.8工作过程中的电能平衡

2.9托卡马克的工作原理

2.10等离子体的加热

第3章带电粒子在磁场中的运动

3.1一般概念

3.2均匀、恒定磁场中的单粒子轨道

3.3漂移近似

3.4慢变磁场中的守恒量(寝渐不变量)

3.5粒子在环形磁场中的运动

第4章磁流体力学

4.1磁流体力学方程

4.2感应方程磁扩散和冻结

4.3箍缩效应

4.4磁流体力学波

4.5磁流体力学激波

第5章等离子体中的波

5.1色散关系(一般形式)

5.2均匀各向同性等离子体中的振荡与波

5.3磁场中“冷”等离子体的介电张量、色散关系

5.4截止与共振色散曲线

5.5“冷”等离子体中平行于磁场方向传播的波

5.6“冷”等离子体中垂直于磁场方向传播的波

第6章等离子体中的输运过程

6.1输运过程的宏观处理

6.2等离子体的输运系数的动力学处理

6.3均匀恒稳磁场中弱电离等离子体的输运系数

6.4等离子体输运过程的磁流体力学处理

6.5新经典输运理论及反常扩散

第7章聚变堆设计

7.1聚变堆设计的意义

7.2聚变堆设计的历史演变

7.3聚变堆设计的方法与步骤

7.4ITER介绍

7.5ITER设计资料框图

7.6EAST

参考文献

第8章堆芯等离子体

8.1等离子体参数选择与系统分析

8.2平衡(equi1ibria)

8.3自举电流

8.4先进的等离子体位形

8.5磁流体力学稳定性(MHDstabi1ity)

8.6堆芯等离子体的约束定标

8.7等离子体放电的模拟

参考文献

第9章聚变堆中能量和粒子的控制

9.1聚变堆中能量和粒子的控制

9.2控制能量与粒子的方法

9.3等离子体与材料表面的相互作用(PSI)

9.4与辐射有关的边缘物理现象

9.5偏滤器设计

9.6偏滤器模拟

参考文献

第10章包层

10.1包层的作用

10.2中子输运方程及理论基础

10.3嬗变原理、效率、燃耗计算及燃料循环

10.4能量放大器

10.5多功能包层

10.6放射性完全洁净动力系统.RCNPS

10.7ITER示例

10.8聚变堆可能应用的包层示例

参考文献

第11章加热与驱动

11.1欧姆加热与电流感应

11.2自举电流(bootstrapcurrent)的实验与非感应驱动

11.3扣性束注入(NBI)

11.4离子回旋共振加热(ICRF)和驱动

11.5电子回旋共振(ECRF)

11.6低杂波

11.7α粒子加热

参考文献

第12章磁体与电源

12.1磁体

12.2磁体结构与制造工艺

12.3电源系统

12.4控制系统

12.5低温系统

参考文献

第13章真空室抽充气弹丸注入水冷及氚系统

13.1真空室的功能及设计

13.2抽气系统

13.3加料系统

13.4水冷系统

13.5氚系统

参考文献

第14章聚变堆中材料的辐照损伤及材料

14.1前言

14.2辐照缺陷产生的过程

14.3辐照缺陷的退火、聚集和辐照肿胀

14.4辐照硬化、脆性和断裂

14.5辐照生长、蠕变和疲劳

14.6辐照及辐照模拟技术

14.7聚变堆材料

参考文献

第15章经济评估

15.1经济评估的意义、对象与任务

15.2聚变能经济学研究进展

15.3单位电价COE公式的进化过程

15.4各种系统的成本计算模型

15.5从物理、工程到电价及投资的统一计算体系

参考文献

第16章环境与安全

16.1前言

16.2安全分析的原则与方法

16.3正常运行情况下的安全与防护

16.4事故态分析

16.5聚变-裂变混合堆中放射性的计算

参考文献

第17章展望

17.1托卡马克要实现为聚变商用堆，还需在科学与技术(R＆D)作很大的努力

17.2D+R聚变堆的第一壁工程限制

17.3托卡马克各种“先进运行模式”

17.4各种“先进燃料”比较

17.5各种磁约束概念比较

17.6聚变堆作为中子源的前景

17.7低环径比托卡马克

参考文献

附录

附录1国际单位制(SI)和基本常数

附录2公式与数据

附录3元素与一些分子的截面和核参数

附录4附邱励俭个人论文、报告、著作目录

　　本书是为从事核聚变及高温等离子体专业科研人员及博士研究生而写的专著，只讲授核聚变的基本原理及最近技术发展，使学习者能以广阔的眼界，熟悉核聚变发展的进程，掌握基本的研究技能，尤其是计算机计算及模拟仿真的技巧，使读者能较快地从事研究工作。　　核聚变是集等离子体物理与核聚变工程于一体的巨大的科学技术知识体系。经过五十余年人类共同的努力，现在到了展望其应用的时代。为了实现为人类提供取之不尽、用之不竭的清洁能源的伟大目标，人类还要付出巨大的努力。作者在为等离子体所年轻工作人员和博士生授课教材的基础上，撰写了此书，全书共分17章，总结了与核聚变有关的等离子体原理及核聚变工程技术，并对聚变能未来的发展进行了展望。　　本书可供从事核聚变及高温等离子体专业的科研人员及研究生参考，也可供对人类能源发展前景感兴趣的读者阅读。