托卡马克(第4版)

目录

第1章聚变

1.1聚变和托卡马克

1.2聚变反应

1.3热核聚变

1.4聚变功率平衡

1.4.1热核功率

1.4.2能量损失

1.4.3α粒子加热

1.4.4功率平衡

1.5点火

1.5.1点火条件

1.5.2点火方法

1.6托卡马克

1.7托卡马克反应堆

1.7.1反应堆结构

1.7.2反应堆参数

1.7.3反应堆功率

1.7.4杂质

1.8燃料资源

1.9托卡马克的经济学分析

1.10 托卡马克的研究

参考文献

第2章等离子体物理

2.1托卡马克等离子体

2.2德拜屏蔽

2.3等离子体频率

2.4拉莫尔轨道运动

2.5粒子沿磁场B的运动

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极化漂移

2.7绝热不变量

2.7.1磁矩

2.7.2第二个和第三个绝热不变量

2.8碰撞

2.8.1动量和能量变化

2.9动力学方程

2.10福克普朗克方程

2.11回旋平均动力学方程组

2.12等离子体的福克普朗克方程

2.13麦克斯韦分布下的福克普朗克系数

2.14弛豫过程

2.15碰撞时间

2.16电阻率

2.17逃逸电子

2.18电磁学

2.19流体方程组

2.20磁流体力学

2.21等离子体流体物理

2.21.1流体速度

2.21.2压强平衡

2.21.3压强张量

2.21.4磁场的“冻结”

2.21.5极化

2.22等离子体的逆磁性

2.23布拉金斯基方程组

2.23.1连续性方程

2.23.2动量方程

2.23.3能量方程

2.24等离子体波

2.24.1等离子体振荡

2.24.2横电磁波

2.24.3声波

2.24.4磁流体力学波

2.24.5剪切阿尔文波

2.24.6磁声波

2.25朗道阻尼

参考文献

第3章平衡

3.1托卡马克平衡

3.2磁面函数

3.3格拉德沙弗拉诺夫方程

3.4安全因子q

3.4.1q分布

3.5比压β

3.6大环径比

3.7沙弗拉诺夫位移

3.8真空磁场

3.9电场

3.10粒子轨道

3.11粒子俘获

3.12俘获粒子轨道

3.12.1土豆轨道

3.12.2一般轨道

3.13等离子体旋转

3.13.1离心效应

3.14电流驱动

3.14.1中性束注入

3.14.2低杂波电流驱动

3.14.3快波电子电流驱动

3.14.4电子回旋波电流驱动

3.14.5快波少数离子电流驱动

3.15小结

参考文献

第4章约束

4.1托卡马克约束

4.2电阻性等离子体扩散

4.3柱形等离子体中的扩散

4.4普费尔施施吕特电流

4.5普费尔施施吕特扩散

4.6香蕉区输运

4.6.1动力学理论

4.6.2福克普朗克方程的解

4.6.3输运系数

4.7平台区输运

4.8韦尔箍缩效应

4.9自举电流

4.10新经典电阻率

4.11波纹输运

4.11.1碰撞波纹阱的俘获输运

4.11.2快粒子的波纹阱损失

4.11.3碰撞波纹扩散

4.11.4随机扩散

4.11.5实验研究

4.12约束模式和定标律表达式

4.12.1欧姆加热等离子体

4.12.2L模约束

4.12.3H模约束

4.12.4其他的改善约束模

4.13H模

4.14内部输运垒

4.15定标律

4.15.1理论

4.15.2实验定标关系

4.16输运系数

4.17涨落

4.17.1观测结果

4.17.2与输运的相关性

4.18湍流引起的输运

4.18.1静电涨落引起的输运

4.18.2磁涨落引起的输运

4.18.3准线性理论

4.18.4饱和水平与输运通量

4.19径向电场剪切与输运

4.20引起反常输运的不稳定性候选模式

4.21湍流模拟

4.22临界梯度、边缘输运垒和台基

4.23杂质输运

4.24实验发现

4.24.1X事件和功率关断实验

4.24.2LH转换

4.24.3窄的转换区间

4.25辐射损失

4.25.1轫致辐射

4.25.2回旋（同步）辐射

4.26杂质辐射

参考文献

第5章加热

5.1等离子体加热

5.2欧姆加热

5.3中性束注入

5.4中性束加热

5.4.1束的慢化

5.4.2离子电子加热比例

5.4.3分布函数

5.4.4实验

5.5中性束的产生

5.5.1离子源

5.5.2加速器

5.5.3中性化室

5.5.4负离子源

5.6射频波加热

5.7射频加热物理

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粒子无碰撞耗散

5.7.5平衡分布函数的演化

5.8离子回旋共振加热

5.8.1双离子成分等离子体的加热模式

5.8.2少数粒子临界浓度

5.8.3热化的少数粒子分布函数

5.8.4实验进展小结

5.9低杂波共振加热

5.10电子回旋共振加热

参考文献

第6章磁流体力学的稳定性

6.1磁流体力学稳定性

6.2稳定性理论

6.3增长率

6.4能量原理

6.5托卡马克不稳定性

6.6大环径比托卡马克

6.7扭曲不稳定性

6.8撕裂模

6.8.1外部区域

6.8.2电阻层

6.9撕裂模的稳定性

6.9.1导体壁边界条件

6.10内扭曲模

6.11电阻性m=1模

6.11.1电阻性m=1扭曲模

6.11.2m=1撕裂模

6.11.3统一的m=1理论

6.12局域模

6.13气球模

6.14气球模稳定性

6.15轴对称模

6.16电阻壁模

6.17环向阿尔文本征模

6.18β极限

参考文献

第7章宏观不稳定性

7.1各种不稳定性

7.2磁岛

7.3撕裂模

7.3.1内部驱动撕裂模

7.3.2新经典撕裂模

7.4米尔诺夫不稳定性

7.5电流穿透

7.6锯齿振荡

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密度极限破裂

7.9破裂的物理机制

7.9.1撕裂模不稳定性

7.9.2撕裂模的增长

7.9.3快变阶段

7.9.4电流衰减

7.9.5逃逸电子电流

7.9.6真空室壁的感应电流

7.10锁模

7.11误差场不稳定性

7.12垂直不稳定性

7.13遍历性

7.14鱼骨不稳定性

7.15阿尔文不稳定性

7.15.1阿尔文级联

7.16MARFE

7.17边缘局域模

7.18运行综述

参考文献

第8章微观不稳定性

8.1各种微观不稳定性

8.2电子漂移波

8.3通行粒子不稳定性

8.3.1电子漂移波模

8.3.2环形电子漂移模

8.3.3ηi模或离子温度梯度模

8.3.4ηe模

8.4俘获粒子不稳定性

8.4.1无碰撞俘获粒子不稳定性

8.4.2耗散俘获粒子不稳定性

8.4.3俘获离子模

8.4.4耗散性俘获电子模

8.5微撕裂模

参考文献

第9章等离子体与表面的相互作用

9.1等离子体与约束表面的相互作用

9.2等离子体鞘

9.3限制器

9.4刮削层

9.4.1刮削层内Te和ne的径向分布

9.4.2LCFS外的平行输运

9.5再循环和氚滞留

9.5.1氚滞留

9.6原子与分子过程

9.7壁处理

9.7.1放电清洗

9.7.2金属薄膜

9.7.3非金属膜

9.8溅射

9.8.1物理溅射

9.8.2化学溅射

9.8.3溅射模型

9.9材料选择

9.10起弧

9.11偏滤器

9.11.1一维刮削层模型

9.11.2刮削层中径向功率分布

9.11.3偏滤器内功率的体损失率

9.11.4SOL中的平行流

9.11.5偏滤器中的流

9.11.6一般设计考虑

9.12热流、蒸发和热输运

参考文献

第10章诊断

10.1托卡马克诊断

10.1.1测量结果的解释

10.2磁测量

10.2.1等离子体电流

10.2.2环路电压

10.2.3等离子体表面

10.2.4等离子体位置和形状

10.2.5等离子体的能量和内电感

10.2.6不稳定性的测量

10.3干涉法

10.3.1旋光法

10.3.2科顿穆顿效应

10.4反射法

10.5电子温度的测量

10.5.1汤姆孙散射

10.5.2电子回旋辐射

10.6离子温度与离子分布函数

10.6.1中性粒子的产生

10.6.2用中性粒子分析器得到Ti

10.6.3用电荷交换谱仪测量Ti

10.7等离子体辐射

10.7.1电离态

10.7.2辐射的产生

10.7.3总辐射功率

10.7.4测量辐射

10.8总辐射测量

10.8.1辐射量热计

10.8.2软X射线

10.9断层扫描成像术

10.10朗缪尔探针

10.10.1探针类型

10.10.2单探针

10.10.3双探针

10.10.4三探针

10.11涨落的测量

10.11.1重离子束探针

10.11.2束发射谱

10.11.3e的散射测量

10.11.4e的相关测量和多普勒反射计测量

10.11.5e的ECE相关测量

10.12q分布的确定

10.13聚变产物测量

10.13.1中子通量

10.13.2活化探针

10.13.3中子谱仪

10.13.4中子和g分布的监测

10.13.5α粒子的测量

参考文献

第11章托卡马克实验

11.1中小型托卡马克实验

11.2T3——库尔恰托夫研究所（莫斯科）

11.3ST——普林斯顿大学等离子体物理实验室（美国）

11.4JFT2——日本原子能研究所（东京）

11.5Alcator A，Alcator C和Alcator CMod——麻省理工学院（美国）

11.5.1Alcator CMod

11.6TFR——法国原子能委员会（法国）

11.7DITE——卡拉姆实验室（英国阿宾登）

11.8PLT——普林斯顿大学等离子体物理实验室（美国）

11.9T10——库尔卡托夫研究所（莫斯科）

11.10ISX——橡树岭国家实验室（美国）

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（美国圣地亚哥）

11.13ASDEX——马克斯·普朗克等离子体物理研究所（德国伽兴）

11.14TEXT——德克萨斯大学奥斯汀分校（美国）

11.15TEXTOR——基础科学研究中心（德国于利希）

11.16Tore Supra——CEA（法国卡达拉什）

11.17COMPASS——UKAEA卡拉姆科学中心（英国阿宾登）

11.18RTP——FOM等离子体物理研究所（荷兰Rijnhuizen）

11.19START——卡拉姆实验室（英国阿宾登）

11.20MAST——CCFE卡拉姆科学中心（英国阿宾登）

11.21NSTX——普林斯顿大学等离子体物理实验室（美国）

11.22TCV——瑞士理工大学等离子体物理研究中心

11.23托卡马克参数

参考文献

第12章大型托卡马克

12.1大型托卡马克实验

12.2TFTR——美国普林斯顿大学等离子体物理实验室

12.2.1欧姆加热等离子体

12.2.2高功率加热实验

12.2.3MHD研究

12.2.4输运和约束

12.2.5氘氚混合实验

12.3JET——欧洲联合环（英国阿宾登）

12.3.1限制器实验

12.3.2磁分离实验

12.3.3磁流体力学行为和运行极限

12.3.4输运与约束研究

12.3.5偏滤器研究和等离子体表面相互作用

12.3.6电流驱动和剖面控制实验

12.3.7高性能等离子体和氘氚实验

12.4JT60/JT60U——日本原子能研究院（日本那珂）

12.4.1JT60上的加热和约束

12.4.2偏滤器研究

12.4.3电流驱动和稳态运行

12.4.4MHD研究

12.4.5JT60U上的约束和聚变性能

12.5DⅢD——通用原子公司，圣地亚哥，美国

12.5.1约束和H模的研究

12.5.2增强约束和高性能

12.5.3MHD研究

12.5.4电流驱动

12.5.5偏滤器性能

12.6ASDEX Upgrade——马克斯·普朗克等离子体物理研究所（德国伽兴）

12.6.1ASDEXU的主要参数

12.6.2偏滤器物理

12.6.3等离子体与壁的相互作用和作为**壁材料的钨

12.6.4与运行边界相关的等离子体边缘区

12.6.5约束与输运研究

12.6.6ELM搏动、粒子输运、加料和密度剖面

12.6.7先进运行模式和内部输运垒

12.6.8磁流体力学稳定性

12.7EAST——等离子体物理研究所（中国合肥）

12.8KSTAR——先进研究、国家聚变研究院（韩国大田）

参考文献

第13章未来

13.1现状

13.2战略

13.3反应堆要求

13.3.1约束

13.3.2破裂

13.3.3排气

13.3.4技术

13.4反应堆功率平衡

13.4.1H模约束

13.4.2α粒子功率

13.4.3L模约束

13.4.4H模阈值

13.4.5轫致辐射

13.4.6动力反应堆

13.4.7实验反应堆

13.5ITER

13.6ITER的性能评估

13.6.1运行模式

13.6.2感应驱动

13.6.3稳态运行

13.7前景

13.7.1发电厂

13.7.2展望

参考文献第14章附录

14.1矢量关系

14.2微分算子

14.3单位及其变换

14.4物理常数

14.5库仑对数

14.6碰撞时间

14.7长度

14.7.1德拜长度

14.7.2拉莫尔半径（热粒子，v2⊥=2v2T）

14.7.3平均自由程（vT×碰撞时间）（Z=1）

14.8频率

14.8.1等离子体频率

14.8.2回旋频率

14.9速度

14.9.1热速度

14.9.2阿尔文速度

14.10电阻率

14.11χi的张欣顿（ChangHinton）公式

14.12自举电流

14.13约束定标关系

14.14等离子体形状

14.15公式

14.16符号

参考文献