聚变前沿物理导论

课程定位：中物院研究生通识课。

课程目标：本课程尝试以开放的观点，综合讨论聚变相关的基础物理概念，讨论产生核聚变的各类途径。对于其中所涉及的主要物理环节给出较清晰完整的描述。另外，本课程特别强调聚变与前沿物理的联系，比如强激光物理、极端条件物理、非线性物理等。希望通过本课程的学习，大家对聚变物理有一个较完整清晰图像，并认识其中的复杂性及核心困难，从而引起对聚变这一重要科学问题的兴趣与思考。

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第0章：课程概述及聚变研究历史回顾

• 1 课程概述
• 2 聚变研究历史回顾
• 3 "瓶中的太阳"——可控核聚变

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第1章：原子核聚变概述

• 1.1 原子核物理概论
  • 1.1.1 历史及重要事件
  • 1.1.2 原子核性质及基本结构
  • 1.1.3 核衰变与核裂变
  • 1.1.4 核反应概述
• 1.2 原子核聚变反应
  • 1.2.1 聚变反应截面
  • 1.2.2 反应率
  • 1.2.3 体反应速率
• 1.3 影响聚变反应的主要因素
  • 1.3.1 高密度效应
  • 1.3.2 自旋极化
  • 1.3.3 μ介子催化
  • 1.3.4 外加强激光场对 DT 聚变的影响
• 1.4 聚变能源简介
  • 1.4.1 劳森判据、能量平衡与点火条件
  • 1.4.2 实现受控热核聚变主要方式
    • a. 磁约束聚变（托克马克、仿星器、反射磁镜）
    • b. 惯性约束聚变（激光驱动和 Z 箍缩）
    • c. 磁惯性（紧凑型）聚变（反场构型 Maglif 等）
  • 1.4.3 目前进展
    • a、磁约束最新进展
    • b、激光聚变最新进展
    • c、其它进展

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第2章：强激光和强磁场与物质的作用

• 2.1 激光原理及特点
• 2.2 近期的重要发展
• 2.3 强激光物质相互作用简述
  • 2.3.1 强激光场中的原子分子---非微扰现象
    • a．多光子电离、阈上电离与隧穿电离
    • b．高次谐波产生
    • c．原子稳定化
  • 2.3.2 强激光等离子体相互作用
    • 2.3.2.1 等离子体基本描述
      • a. 德拜屏蔽与等离子体频率
      • b．粒子描述与流体描述
      • c．等离子体中的色散波及吸收：碰撞阻尼与 Landau 阻尼
      • d．等离子体中的力学波：冲击波、压缩波、稀疏波与热波
      • e. 非线性波
      • f．稠密等离子体状态方程
    • 2.3.2.2 激光场的有质动力（光压）
    • 2.3.2.3 激光靶能量吸收
  • 2.3.3 超强激光场粒子加速
• 2.4 强磁场产生及应用
  • 2.4.1 自然界的磁场
  • 2.4.2 实验室的强磁场产生
  • 2.4.3 应用举例

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第3章：强激光中子源聚变

• 3.1 中子源引言
• 3.2 强激光束靶耦合聚变中子产生
• 3.3 光核中子产生
• 3.4 强激光团簇聚变中子产生
  • 3.4.1 实验进展与机制研究
  • 3.4.2 团簇的离化
    • 3.4.2.1 团簇的内电离过程
    • 3.4.2.2 团簇的外电离过程
  • 3.4.3 库仑爆炸
    • 3.4.3.1 纯库仑爆炸模型
    • 3.4.3.2 关于库仑爆炸模型的一次改进
    • 3.4.3.3 关于库仑爆炸模型的再次改进
    • 3.4.3.4 团簇中电子的再散射效应
  • 3.4.4 桌面（table top）核聚变与中子源
• 3.5 激光球形汇聚等离子体聚变中子产生

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第4章：激光惯性约束热核聚变概论

• 4.1 约束与点火
  • 4.1.1 点火温度
  • 4.1.2 约束时间
  • 4.1.3 燃耗与燃烧参数 H_B
  • 4.1.4 高燃料压缩
  • 4.1.5 热斑点火和燃烧传播
• 4.2 球形内爆惯性约束
  • 4.2.1 Nucullus 文章解读评述-烧蚀压 聚心效应 驱动对称性
  • 4.2.2 火箭模型：1.火箭方程；2.球形内爆参数；3.内爆速度和流体效率；4.内爆速度和飞行形状因子
• 4.3 点火燃烧与驱动
  • 4.3.1 点火热斑的功率平衡
  • 4.3.2 热斑自加热条件
  • 4.3.3 热斑产生动力学
  • 4.3.4 热斑演化燃烧与点火判据
  • 4.3.5 中心点火、快点火与体点火的相图
  • 4.3.6 直接、间接驱动与混合驱动及评述
• 4.4 能量增益的内爆靶设计与评估标准
  • 4.4.1 0D 内爆靶设计
  • 4.4.2 开源辐射流体程序 MULTI-IFE 介绍
  • 4.4.3 MULTI-IFE (1D) 计算实例
  • 4.4.4 靶设计评估 ITF 因子讨论
• 4.5 间接驱动中的黑腔
  • 4.5.1 黑腔概述
  • 4.5.2 激光吸收与 X 光转换
  • 4.5.3 黑腔驱动与耦合效率
  • 4.5.4 黑腔辐照对称性
  • 4.5.5 黑腔研究进展
• 4.6 激光聚变中不稳定性及不确定性
  • 4.6.1 非线性动力学及不稳定概述
    • a. 经典量子混沌
    • b. 奇怪吸引子与分形
  • 4.6.2 非线性等离子波不稳定（参量不稳定性）
  • 4.6.3 流体不稳定
  • 4.6.4 辐照不对称性
  • 4.6.5 其它不确定因素

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第5章：Z 箍缩聚变概论（本章由丁宁老师讲授）

• 5.1 Z 箍缩聚变概念
• 5.2 Z 箍缩等离子体物理
• 5.3 Z 箍缩内爆动力学
• 5.4 Z 箍缩驱动惯性约束聚变----Z 箍缩间接驱动
• 5.5 磁惯性约束聚变---Z 箍缩直接驱动
• 5.6 Z 箍缩聚变中的不稳性----电热不稳定性、磁瑞利-泰勒不稳定性等
• 5.7 Z 箍缩聚变的热点问题及发展趋势