聚变能及其应用

第1章　人类的能源需求及对未来能源的展望 1

1.1　我国能源需求的展望 1

1.2　能源的科学预测 4

1.3　环境污染 7

1.4　世界能源需求 8

1.5　裂变核能 9

1.6　聚变核能 12

1.7　核聚变能研究的历史和现状 12

1.8　对未来能源的展望 17

1.9　聚变裂变混合堆 18

参考文献 21

第2章　核物理及等离子体物理中的元过程 22

2.1　高温等离子体的物理过程 22

2.2　微观过程与宏观过程 27

2.3　弹性碰撞 28

2.4　非弹性碰撞 33

2.5　核反应的截面、自由程、反应时间 34

2.6　热核等离子体的能量平衡 35

2.7　等离子体内热能的平衡方程 36

2.8　工作过程中的电能平衡 36

2.9　托卡马克的工作原理 37

2.10　等离子体的加热 41

第3章　带电粒子在磁场中的运动 43

3.1　一般概念 43

3.2　均匀、恒定磁场中的单粒子轨道 43

3.3　漂移近似 45

3.4　慢变磁场中的守恒量（寝渐不变量） 50

3.5　粒子在环形磁场中的运动 54

第4章　磁流体力学 58

4.1　磁流体力学方程 58

4.2　感应方程　磁扩散和冻结 61

4.3　箍缩效应 63

4.4　磁流体力学波 64

4.5　磁流体力学激波 68

第5章　等离子体中的波 75

5.1　色散关系（一般形式） 75

5.2　均匀各向同性等离子体中的振荡与波 79

5.3　磁场中“冷”等离子体的介电张量、色散关系 84

5.4　截止与共振　色散曲线 86

5.5　“冷”等离子体中平行于磁场方向传播的波 90

5.6　“冷”等离子体中垂直于磁场方向传播的波 94

第6章　等离子体中的输运过程 99

6.1　输运过程的宏观处理 99

6.2　等离子体的输运系数的动力学处理 102

6.3　均匀恒稳磁场中弱电离等离子体的输运系数 108

6.4　等离子体输运过程的磁流体力学处理 112

6.5　新经典输运理论及反常扩散 116

第7章　聚变堆设计 120

7.1　聚变堆设计的意义 120

7.2　聚变堆设计的历史演变 122

7.3　聚变堆设计的方法与步骤 126

7.4　ITER介绍 133

7.5　ITER设计资料框图 144

7.6　EAST 147

参考文献 149

第8章　堆芯等离子体 151

8.1　等离子体参数选择与系统分析 151

8.2　平衡（equilibria） 154

8.3　自举电流 159

8.4　先进的等离子体位形 162

8.5　磁流体力学稳定性（MHD stability） 165

8.6　堆芯等离子体的约束定标 186

8.7　等离子体放电的模拟 193

参考文献 202

第9章　聚变堆中能量和粒子的控制 204

9.1　聚变堆中能量和粒子的控制 204

9.2　控制能量与粒子的方法 205

9.3　等离子体与材料表面的相互作用（PSI） 208

9.4　与辐射有关的边缘物理现象 213

9.5　偏滤器设计 216

9.6　偏滤器模拟 220

参考文献 229

第10章　包层 230

10.1　包层的作用 230

10.2　中子输运方程及理论基础 231

10.3　嬗变原理、效率、燃耗计算及燃料循环 233

10.4　能量放大器 242

10.5　多功能包层 245

10.6　放射性完全洁净动力系统RCNPS 248

10.7 ITER示例 252

10.8　聚变堆可能应用的包层示例 262

参考文献 267

第11章　加热与驱动 269

11.1　欧姆加热与电流感应 270

11.2 自举电流（bootstrap current）的实验与非感应驱动 271

11.3 中性束注入（NBI） 274

11.4　离子回旋共振加热（ICRF）和驱动 279

11.5 电子回旋共振（ECRF） 284

11.6　低杂波 290

11.7　α粒子加热 295

参考文献 300

第12章　磁体与电源 301

12.1　磁体 301

12.2　磁体结构与制造工艺 305

12.3　电源系统 316

12.4　控制系统 320

12.5　低温系统 321

参考文献 329

第13章　真空室　抽充气　弹丸注入　水冷及氚系统 330

13.1　真空室的功能及设计 330

13.2　抽气系统 342

13.3　加料系统 343

13.4　水冷系统 343

13.5　氚系统 349

参考文献 352

第14章　聚变堆中材料的辐照损伤及材料 353

14.1　前言 353

14.2　辐照缺陷产生的过程 354

14.3　辐照缺陷的退火、聚集和辐照肿胀 359

14.4　辐照硬化、脆性和断裂 363

14.5　辐照生长、蠕变和疲劳 368

14.6　辐照及辐照模拟技术 371

14.7　聚变堆材料 374

参考文献 382

第15章　经济评估 384

15.1　经济评估的意义、对象与任务 384

15.2　聚变能经济学研究进展 386

15.3　单位电价COE公式的进化过程 399

15.4　各种系统的成本计算模型 399

15.5　从物理、工程到电价及投资的统一计算体系 403

参考文献 410

第16章　环境与安全 412

16.1　前言 412

16.2　安全分析的原则与方法 413

16.3　正常运行情况下的安全与防护 417

16.4　事故态分析 423

16.5　聚变-裂变混合堆中放射性的计算 429

参考文献 435

第17章　展望 436

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 436

17.2　D+T聚变堆的第一壁工程限制 436

17.3　托卡马克各种“先进运行模式” 440

17.4　各种“先进燃料”比较 440

17.5　各种磁约束概念比较 442

17.6　聚变堆作为中子源的前景 445

17.7　低环径比托卡马克 449

参考文献 467

附录 468

附录1　国际单位制（SI）和基本常数 468

附录2　公式与数据 470

附录3　元素与一些分子的截面和核参数 492

附录4　附邱励俭个人论文、报告、著作目录 494