目   录

第1章  绪论   1

1.1  备受关注的聚变能   1

1.2  何为能源   2

1.3  多种多样的能源   4

思考题   7

第2章  太阳中的聚变   8

2.1  太阳中的能量从何而来   8

2.2  太阳中的聚变反应   10

2.3  太阳聚变的实现条件   13

思考题   13

参考文献   14

第3章  可用的受控聚变反应   15

3.1  聚变反应的一般性讨论   15

3.2  聚变反应截面与反应率系数   16

3.2.1  反应截面与反应率系数   16

3.2.2  主要聚变反应的反应截面   20

3.2.3  主要聚变反应的反应率系数   22

3.3  理想聚变反应   23

3.4  D-T反应——最容易实现的反应   23

3.5  D-D反应——燃料最丰富的反应   24

3.6  D-3He反应——无中子反应   25

3.7  基于质子的无中子反应   26

3.7.1  p-6Li反应   26

3.7.2  p-9Be反应   27

3.7.3  p-11B反应   27

3.8  聚变反应的比较和选择   27

思考题   28

参考文献   29

第4章  从聚变反应到聚变能   30

4.1  热核聚变   30

4.2  聚变功率的产生与损失   32

4.3  零维功率平衡   34

4.4  能量得失相当------劳逊判据   35

4.5  点火条件   37

4.6  能量增益   41

4.7  热稳定性   44

4.8  最低加热功率   47

4.9  小结   49

思考题   50

参考文献   51

第5章  聚变等离子体物理初步   52

5.1  什么是等离子体   52

5.2  等离子体中的单粒子运动   55

5.3  作为流体的等离子体   56

5.4  等离子体中的碰撞和波-粒子共振   57

思考题   60

参考文献   60

第6章  实现受控聚变的约束途径   61

6.1  约束的一般概念   61

6.2  磁约束   62

6.2.1  磁约束聚变原理   62

6.2.2  磁约束位形分类   66

6.2.3  箍缩位形   67

6.2.4  磁镜和最小场   69

6.2.5  仿星器   71

6.2.6  托卡马克   75

6.2.7  球形托卡马克   77

6.2.8  紧凑环   79

6.2.9  悬浮偶极场   80

6.3  惯性约束   81

6.3.1  惯性约束聚变原理   81

6.3.2  激光聚变   83

6.3.3  Z箍缩和离子束聚变   86

6.4  其他奇思妙想或胡思乱想   86

6.4.1  磁惯性聚变   86

6.4.2  静电聚变   89

6.4.3  冷聚变与气泡聚变   90

6.4.4  子聚变   93

6.5  比较与思考   94

思考题   94

参考文献   95

第7章  点火条件下的聚变装置规模   96

7.1  托卡马克装置的基本结构   96

7.2  温度——等离子体加热   97

7.2.1  欧姆加热   97

7.2.2  辅助功率加热   98

7.3  密度——受限制的密度   100

7.3.1  密度极限   101

7.3.2  比压极限   102

7.4  能量约束时间——约束定标与装置尺寸   103

7.4.1  经典输运   104

7.4.2  新经典输运   105

7.4.3  反常输运   108

7.4.4  经验定标律   108

7.5  点火托卡马克的规模与参数估计小结   109

思考题   110

参考文献   111

第8章  从聚变装置到聚变电站   112

8.1  聚变电站设计的主要影响因素   112

8.2  D-T聚变电站的基本结构   114

8.3  等离子体-壁相互作用   116

8.3.1  第一壁   116

8.3.2  偏滤器   117

8.3.3  第一壁材料选择   118

8.4  聚变包层   119

8.4.1  聚变包层的功能与结构   119

8.4.2  混合堆包层   121

8.4.3  包层厚度估算   122

8.5  聚变燃料循环   123

8.6  磁体与稳态运行   124

8.7  辐射屏蔽   126

8.8  挑战性工程技术   127

思考题   128

参考文献   128

第9章  聚变能源与社会   129

9.1  为什么我们需要聚变能   129

9.2  从科学走向工程的聚变研究   130

9.2.1  科学可行性的验证   130

9.2.2  工程可行性的研究   131

9.3  聚变能源的经济性   131

9.4  聚变研究的大科学工程特点   132

9.5  各国聚变研究政策   133

9.6  聚变国际合作   135

9.7  我们的征程是星辰大海    136

附录A   138

A.1  反应截面和反应率数据表   138

A.2  反应截面与反应率系数的拟合式   141

A.3  功率平衡公式整理   142

A.4  磁场计算公式整理   144

A.4.1  曲率   144

A.4.2  磁场力   145

A.4.3  导心漂移   146

A.4.4  缓变磁场   148

A.4.5  磁面   149

A.5  聚变等离子体中的各种时空标长   151

A.6  术语中英文对照   152