托卡馬克（第4版）

目錄
第1章聚變
1.1聚變和托卡馬克
1.2聚變反應(yīng)
1.3熱核聚變
1.4聚變功率平衡
1.4.1熱核功率
1.4.2能量損失
1.4.3α粒子加熱
1.4.4功率平衡
1.5點(diǎn)火
1.5.1點(diǎn)火條件
1.5.2點(diǎn)火方法
1.6托卡馬克
1.7托卡馬克反應(yīng)堆
1.7.1反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)
1.7.2反應(yīng)堆參數(shù)
1.7.3反應(yīng)堆功率
1.7.4雜質(zhì)
1.8燃料資源
1.9托卡馬克的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析
1.10 托卡馬克的研究
參考文獻(xiàn)

第2章等離子體物理
2.1托卡馬克等離子體
2.2德拜屏蔽
2.3等離子體頻率
2.4拉莫爾軌道運(yùn)動(dòng)
2.5粒子沿磁場(chǎng)B的運(yùn)動(dòng)
2.5.1E∥引起的加速
2.5.2Δ∥B引起的加速
2.6粒子漂移
2.6.1E×B漂移
2.6.2ΔB漂移
2.6.3曲率漂移
2.6.4極化漂移
2.7絕熱不變量
2.7.1磁矩
2.7.2第二個(gè)和第三個(gè)絕熱不變量
2.8碰撞
2.8.1動(dòng)量和能量變化
2.9動(dòng)力學(xué)方程
2.10?？霜财绽士朔匠?br />2.11回旋平均動(dòng)力學(xué)方程組
2.12等離子體的?？霜财绽士朔匠?br />2.13麥克斯韋分布下的?？霜财绽士讼禂?shù)
2.14弛豫過(guò)程
2.15碰撞時(shí)間
2.16電阻率
2.17逃逸電子
2.18電磁學(xué)
2.19流體方程組
2.20磁流體力學(xué)
2.21等離子體流體物理
2.21.1流體速度
2.21.2壓強(qiáng)平衡
2.21.3壓強(qiáng)張量
2.21.4磁場(chǎng)的“凍結(jié)”
2.21.5極化
2.22等離子體的逆磁性
2.23布拉金斯基方程組
2.23.1連續(xù)性方程
2.23.2動(dòng)量方程
2.23.3能量方程
2.24等離子體波
2.24.1等離子體振蕩
2.24.2橫電磁波
2.24.3聲波
2.24.4磁流體力學(xué)波
2.24.5剪切阿爾文波
2.24.6磁聲波
2.25朗道阻尼
參考文獻(xiàn)

第3章平衡
3.1托卡馬克平衡
3.2磁面函數(shù)
3.3格拉德沙弗拉諾夫方程
3.4安全因子q
3.4.1q分布
3.5比壓β
3.6大環(huán)徑比
3.7沙弗拉諾夫位移
3.8真空磁場(chǎng)
3.9電場(chǎng)
3.10粒子軌道
3.11粒子俘獲
3.12俘獲粒子軌道
3.12.1土豆軌道
3.12.2一般軌道
3.13等離子體旋轉(zhuǎn)
3.13.1離心效應(yīng)
3.14電流驅(qū)動(dòng)
3.14.1中性束注入
3.14.2低雜波電流驅(qū)動(dòng)
3.14.3快波電子電流驅(qū)動(dòng)
3.14.4電子回旋波電流驅(qū)動(dòng)
3.14.5快波少數(shù)離子電流驅(qū)動(dòng)
3.15小結(jié)
參考文獻(xiàn)

第4章約束
4.1托卡馬克約束
4.2電阻性等離子體擴(kuò)散
4.3柱形等離子體中的擴(kuò)散
4.4普費(fèi)爾施施呂特電流
4.5普費(fèi)爾施施呂特?cái)U(kuò)散
4.6香蕉區(qū)輸運(yùn)
4.6.1動(dòng)力學(xué)理論
4.6.2?？霜财绽士朔匠痰慕?br />4.6.3輸運(yùn)系數(shù)
4.7平臺(tái)區(qū)輸運(yùn)
4.8韋爾箍縮效應(yīng)
4.9自舉電流
4.10新經(jīng)典電阻率
4.11波紋輸運(yùn)
4.11.1碰撞波紋阱的俘獲輸運(yùn)
4.11.2快粒子的波紋阱損失
4.11.3碰撞波紋擴(kuò)散
4.11.4隨機(jī)擴(kuò)散
4.11.5實(shí)驗(yàn)研究
4.12約束模式和定標(biāo)律表達(dá)式
4.12.1歐姆加熱等離子體
4.12.2L模約束
4.12.3H模約束
4.12.4其他的改善約束模
4.13H模
4.14內(nèi)部輸運(yùn)壘
4.15定標(biāo)律
4.15.1理論
4.15.2實(shí)驗(yàn)定標(biāo)關(guān)系
4.16輸運(yùn)系數(shù)
4.17漲落
4.17.1觀測(cè)結(jié)果
4.17.2與輸運(yùn)的相關(guān)性
4.18湍流引起的輸運(yùn)
4.18.1靜電漲落引起的輸運(yùn)
4.18.2磁漲落引起的輸運(yùn)
4.18.3準(zhǔn)線性理論
4.18.4飽和水平與輸運(yùn)通量
4.19徑向電場(chǎng)剪切與輸運(yùn)
4.20引起反常輸運(yùn)的不穩(wěn)定性候選模式
4.21湍流模擬
4.22臨界梯度、邊緣輸運(yùn)壘和臺(tái)基
4.23雜質(zhì)輸運(yùn)
4.24實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)
4.24.1X事件和功率關(guān)斷實(shí)驗(yàn)
4.24.2LH轉(zhuǎn)換
4.24.3窄的轉(zhuǎn)換區(qū)間
4.25輻射損失
4.25.1軔致輻射
4.25.2回旋（同步）輻射
4.26雜質(zhì)輻射
參考文獻(xiàn)

第5章加熱
5.1等離子體加熱
5.2歐姆加熱
5.3中性束注入
5.4中性束加熱
5.4.1束的慢化
5.4.2離子電子加熱比例
5.4.3分布函數(shù)
5.4.4實(shí)驗(yàn)
5.5中性束的產(chǎn)生
5.5.1離子源
5.5.2加速器
5.5.3中性化室
5.5.4負(fù)離子源
5.6射頻波加熱
5.7射頻加熱物理
5.7.1波的偏振
5.7.2局域描述
5.7.3全波描述
5.7.4波粒子無(wú)碰撞耗散
5.7.5平衡分布函數(shù)的演化
5.8離子回旋共振加熱
5.8.1雙離子成分等離子體的加熱模式
5.8.2少數(shù)粒子臨界濃度
5.8.3熱化的少數(shù)粒子分布函數(shù)
5.8.4實(shí)驗(yàn)進(jìn)展小結(jié)
5.9低雜波共振加熱
5.10電子回旋共振加熱
參考文獻(xiàn)

第6章磁流體力學(xué)的穩(wěn)定性
6.1磁流體力學(xué)穩(wěn)定性
6.2穩(wěn)定性理論
6.3增長(zhǎng)率
6.4能量原理
6.5托卡馬克不穩(wěn)定性
6.6大環(huán)徑比托卡馬克
6.7扭曲不穩(wěn)定性
6.8撕裂模
6.8.1外部區(qū)域
6.8.2電阻層
6.9撕裂模的穩(wěn)定性
6.9.1導(dǎo)體壁邊界條件
6.10內(nèi)扭曲模
6.11電阻性m=1模
6.11.1電阻性m=1扭曲模
6.11.2m=1撕裂模
6.11.3統(tǒng)一的m=1理論
6.12局域模
6.13氣球模
6.14氣球模穩(wěn)定性
6.15軸對(duì)稱模
6.16電阻壁模
6.17環(huán)向阿爾文本征模
6.18β極限
參考文獻(xiàn)

第7章宏觀不穩(wěn)定性
7.1各種不穩(wěn)定性
7.2磁島
7.3撕裂模
7.3.1內(nèi)部驅(qū)動(dòng)撕裂模
7.3.2新經(jīng)典撕裂模
7.4米爾諾夫不穩(wěn)定性
7.5電流穿透
7.6鋸齒振蕩
7.6.1卡多姆采夫模型
7.7破裂
7.8破裂的原因
7.8.1低q破裂
7.8.2密度極限破裂
7.9破裂的物理機(jī)制
7.9.1撕裂模不穩(wěn)定性
7.9.2撕裂模的增長(zhǎng)
7.9.3快變階段
7.9.4電流衰減
7.9.5逃逸電子電流
7.9.6真空室壁的感應(yīng)電流
7.10鎖模
7.11誤差場(chǎng)不穩(wěn)定性
7.12垂直不穩(wěn)定性
7.13遍歷性
7.14魚(yú)骨不穩(wěn)定性
7.15阿爾文不穩(wěn)定性
7.15.1阿爾文級(jí)聯(lián)
7.16MARFE
7.17邊緣局域模
7.18運(yùn)行綜述
參考文獻(xiàn)

第8章微觀不穩(wěn)定性
8.1各種微觀不穩(wěn)定性
8.2電子漂移波
8.3通行粒子不穩(wěn)定性
8.3.1電子漂移波模
8.3.2環(huán)形電子漂移模
8.3.3ηi模或離子溫度梯度模
8.3.4ηe模
8.4俘獲粒子不穩(wěn)定性
8.4.1無(wú)碰撞俘獲粒子不穩(wěn)定性
8.4.2耗散俘獲粒子不穩(wěn)定性
8.4.3俘獲離子模
8.4.4耗散性俘獲電子模
8.5微撕裂模
參考文獻(xiàn)

第9章等離子體與表面的相互作用
9.1等離子體與約束表面的相互作用
9.2等離子體鞘
9.3限制器
9.4刮削層
9.4.1刮削層內(nèi)Te和ne的徑向分布
9.4.2LCFS外的平行輸運(yùn)
9.5再循環(huán)和氚滯留
9.5.1氚滯留
9.6原子與分子過(guò)程
9.7壁處理
9.7.1放電清洗
9.7.2金屬薄膜
9.7.3非金屬膜
9.8濺射
9.8.1物理濺射
9.8.2化學(xué)濺射
9.8.3濺射模型
9.9材料選擇
9.10起弧
9.11偏濾器
9.11.1一維刮削層模型
9.11.2刮削層中徑向功率分布
9.11.3偏濾器內(nèi)功率的體損失率
9.11.4SOL中的平行流
9.11.5偏濾器中的流
9.11.6一般設(shè)計(jì)考慮
9.12熱流、蒸發(fā)和熱輸運(yùn)
參考文獻(xiàn)

第10章診斷
10.1托卡馬克診斷
10.1.1測(cè)量結(jié)果的解釋
10.2磁測(cè)量
10.2.1等離子體電流
10.2.2環(huán)路電壓
10.2.3等離子體表面
10.2.4等離子體位置和形狀
10.2.5等離子體的能量和內(nèi)電感
10.2.6不穩(wěn)定性的測(cè)量
10.3干涉法
10.3.1旋光法
10.3.2科頓穆頓效應(yīng)
10.4反射法
10.5電子溫度的測(cè)量
10.5.1湯姆孫散射
10.5.2電子回旋輻射
10.6離子溫度與離子分布函數(shù)
10.6.1中性粒子的產(chǎn)生
10.6.2用中性粒子分析器得到Ti
10.6.3用電荷交換譜儀測(cè)量Ti
10.7等離子體輻射
10.7.1電離態(tài)
10.7.2輻射的產(chǎn)生
10.7.3總輻射功率
10.7.4測(cè)量輻射
10.8總輻射測(cè)量
10.8.1輻射量熱計(jì)
10.8.2軟X射線
10.9斷層掃描成像術(shù)
10.10朗繆爾探針
10.10.1探針類(lèi)型
10.10.2單探針
10.10.3雙探針
10.10.4三探針
10.11漲落的測(cè)量
10.11.1重離子束探針
10.11.2束發(fā)射譜
10.11.3e的散射測(cè)量
10.11.4e的相關(guān)測(cè)量和多普勒反射計(jì)測(cè)量
10.11.5e的ECE相關(guān)測(cè)量
10.12q分布的確定
10.13聚變產(chǎn)物測(cè)量
10.13.1中子通量
10.13.2活化探針
10.13.3中子譜儀
10.13.4中子和g分布的監(jiān)測(cè)
10.13.5α粒子的測(cè)量
參考文獻(xiàn)

第11章托卡馬克實(shí)驗(yàn)
11.1中小型托卡馬克實(shí)驗(yàn)
11.2T3——庫(kù)爾恰托夫研究所（莫斯科）
11.3ST——普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）
11.4JFT2——日本原子能研究所（東京）
11.5Alcator A，Alcator C和Alcator CMod——麻省理工學(xué)院（美國(guó)）
11.5.1Alcator CMod
11.6TFR——法國(guó)原子能委員會(huì)（法國(guó)）
11.7DITE——卡拉姆實(shí)驗(yàn)室（英國(guó)阿賓登）
11.8PLT——普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）
11.9T10——庫(kù)爾卡托夫研究所（莫斯科）
11.10ISX——橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）
11.11FT和FTU——能源研究中心，弗拉斯卡蒂，意大利
11.11.1FTU
11.12DⅢ——通用原子能公司（美國(guó)圣地亞哥）
11.13ASDEX——馬克斯·普朗克等離子體物理研究所（德國(guó)伽興）
11.14TEXT——德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（美國(guó)）
11.15TEXTOR——基礎(chǔ)科學(xué)研究中心（德國(guó)于利希）
11.16Tore Supra——CEA（法國(guó)卡達(dá)拉什）
11.17COMPASS——UKAEA卡拉姆科學(xué)中心（英國(guó)阿賓登）
11.18RTP——FOM等離子體物理研究所（荷蘭Rijnhuizen）
11.19START——卡拉姆實(shí)驗(yàn)室（英國(guó)阿賓登）
11.20MAST——CCFE卡拉姆科學(xué)中心（英國(guó)阿賓登）
11.21NSTX——普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（美國(guó)）
11.22TCV——瑞士理工大學(xué)等離子體物理研究中心
11.23托卡馬克參數(shù)
參考文獻(xiàn)

第12章大型托卡馬克
12.1大型托卡馬克實(shí)驗(yàn)
12.2TFTR——美國(guó)普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室
12.2.1歐姆加熱等離子體
12.2.2高功率加熱實(shí)驗(yàn)
12.2.3MHD研究
12.2.4輸運(yùn)和約束
12.2.5氘氚混合實(shí)驗(yàn)
12.3JET——?dú)W洲聯(lián)合環(huán)（英國(guó)阿賓登）
12.3.1限制器實(shí)驗(yàn)
12.3.2磁分離實(shí)驗(yàn)
12.3.3磁流體力學(xué)行為和運(yùn)行極限
12.3.4輸運(yùn)與約束研究
12.3.5偏濾器研究和等離子體表面相互作用
12.3.6電流驅(qū)動(dòng)和剖面控制實(shí)驗(yàn)
12.3.7高性能等離子體和氘氚實(shí)驗(yàn)
12.4JT60/JT60U——日本原子能研究院（日本那珂）
12.4.1JT60上的加熱和約束
12.4.2偏濾器研究
12.4.3電流驅(qū)動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行
12.4.4MHD研究
12.4.5JT60U上的約束和聚變性能
12.5DⅢD——通用原子公司，圣地亞哥，美國(guó)
12.5.1約束和H模的研究
12.5.2增強(qiáng)約束和高性能
12.5.3MHD研究
12.5.4電流驅(qū)動(dòng)
12.5.5偏濾器性能
12.6ASDEX Upgrade——馬克斯·普朗克等離子體物理研究所（德國(guó)伽興）
12.6.1ASDEXU的主要參數(shù)
12.6.2偏濾器物理
12.6.3等離子體與壁的相互作用和作為第一壁材料的鎢
12.6.4與運(yùn)行邊界相關(guān)的等離子體邊緣區(qū)
12.6.5約束與輸運(yùn)研究
12.6.6ELM搏動(dòng)、粒子輸運(yùn)、加料和密度剖面
12.6.7先進(jìn)運(yùn)行模式和內(nèi)部輸運(yùn)壘
12.6.8磁流體力學(xué)穩(wěn)定性
12.7EAST——等離子體物理研究所（中國(guó)合肥）
12.8KSTAR——先進(jìn)研究、國(guó)家聚變研究院（韓國(guó)大田）
參考文獻(xiàn)

第13章未來(lái)
13.1現(xiàn)狀
13.2戰(zhàn)略
13.3反應(yīng)堆要求
13.3.1約束
13.3.2破裂
13.3.3排氣
13.3.4技術(shù)
13.4反應(yīng)堆功率平衡
13.4.1H模約束
13.4.2α粒子功率
13.4.3L模約束
13.4.4H模閾值
13.4.5軔致輻射
13.4.6動(dòng)力反應(yīng)堆
13.4.7實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆
13.5ITER
13.6ITER的性能評(píng)估
13.6.1運(yùn)行模式
13.6.2感應(yīng)驅(qū)動(dòng)
13.6.3穩(wěn)態(tài)運(yùn)行
13.7前景
13.7.1發(fā)電廠
13.7.2展望
參考文獻(xiàn)第14章附錄
14.1矢量關(guān)系
14.2微分算子
14.3單位及其變換
14.4物理常數(shù)
14.5庫(kù)侖對(duì)數(shù)
14.6碰撞時(shí)間
14.7長(zhǎng)度
14.7.1德拜長(zhǎng)度
14.7.2拉莫爾半徑（熱粒子，v2⊥=2v2T）
14.7.3平均自由程（vT×碰撞時(shí)間）（Z=1）
14.8頻率
14.8.1等離子體頻率
14.8.2回旋頻率
14.9速度
14.9.1熱速度
14.9.2阿爾文速度
14.10電阻率
14.11χi的張欣頓（ChangHinton）公式
14.12自舉電流
14.13約束定標(biāo)關(guān)系
14.14等離子體形狀
14.15公式
14.16符號(hào)
參考文獻(xiàn)