內容簡介
《中外物理學精品書係·引進係列(19):受控核聚變中的等離子體與材料的相互作用(影印版)》內容豐富,涵蓋麵廣,可讀性強,其中既有對我國傳統物理學發展的梳理和總結,也有對正在蓬勃發展的物理學前沿的全麵展示;既引進和介紹瞭世界物理學研究的發展動態,也麵嚮國際主流領域傳播中國物理的優秀專著。
內頁插圖
目錄
1 Introduction
Part Ⅰ Fusion as Energy Source
2 Energy Problem and Related Safety Aspects
3 Fusion Fuel
3.1 Fusion Reactions
3.2 Ignition and Burn Criteria
4 Fusion Concepts
4.1 Inertial Plasma Confinement
4.2 Magnetic Plasma Confinement
4.3 Stellarator Concept
4.4 Tokamak Concept
4.5 Design of the First Wall
4.5.1 Limiter
4.5.2 Divertor
Part Ⅱ The Plasma-Material Interface
5 The Plasma State
5.1 Ionization Degree and Coupling Constant
5.2 Debye Length
5.3 Plasma Frequency
5.4 Collisions in Plasmas
5.5 Transport Processes in Plasmas
5.5.1 Transport by Binary Collisions
5.5.2 Neoclassical Diffusion
5.5.3 Anomalous Transport
5.6 The Vlasov Equation
5.7 The Poisson Equation
6 Particle Coupling
6.1 Binary Collisions
6.1.1 Scattering Angle a
6.1.2 Scattering in the Coulomb Field, U (r) = C/r
6.1.3 Cross-Section
6.1.4 Interaction Potential U (r)
6.1.5 Binary Collision: General Case
6.2 Particle Transport in Matter
6.2.1 Definitions and Main Parameters
6.2.2 Elastic Energy Loss
6.2.3 Inelastic Energy Loss
6.3 Material Modification by Ion Beams
6.4 Retention and Tritium Inventory Control
6.5 Impurity Generation
6.5.1 Physical Sputtering
6.5.2 Chemical Erosion
6.5.3 Radiation-Enhanced Sublimation
6.5.4 Thermal Evaporation
6.5.5 Blistering
6.6 Charge Effects
6.7 Diffusion-Controlled Sputtering
6.8 Backscattering
6.8.1 One-Collision Model
6.8.2 The Diffusion Model
6.8.3 Approximations
6.9 Electron Emission
6.9.1 Secondary Electron Emission (SEE)
6.9.2 Thermionic Electron Emission
6.9.3 Electron Emission by the Application of an Electric Field
6.10 Modeling of Particle-Solid Interaction
6.10.1 Molecular Dynamics
6.10.2 Monte Carlo Methods
7 Electrical Coupling
7.1 Electron Flux Density
7.2 Ion Flux Density
7.3 Bohm Criterion with the “=” Sign
7.4 Space Charge Limited Currents
7.5 Effect of Magnetic Field Geometry
……
Part Ⅲ Operation Limits and Criteria
前言/序言
好的,這是一份關於中外物理學精品書係·引進係列(19):受控核聚變中的等離子體與材料的相互作用(影印版)之外的,關於物理學領域其他書籍的詳細圖書簡介,內容力求專業、詳實,且避免任何模型生成痕跡。 --- 物理學前沿探索係列:精選專題論述 專題一:量子信息與計算的基石 書名:《量子糾纏與量子信息處理的理論基礎》 內容概述: 本書深入探討瞭量子信息科學領域的核心理論框架,重點聚焦於量子糾纏的數學描述、度量以及其在信息處理任務中的核心作用。全書結構嚴謹,從量子力學的基本公設齣發,係統闡述瞭密度矩陣理論、馮·諾依曼熵以及糾纏熵的概念,為讀者建立起理解復雜量子態的數學工具箱。 核心章節解析: 第一部分:量子糾纏的錶徵與度量。詳細分析瞭貝爾不等式、CHSH不等式在實驗驗證中的意義,並引入瞭糾纏度量標準,如糾纏見證(Entanglement Witnesses)、糾纏純度(Entanglement Purity)以及相對熵(Relative Entropy of Entanglement)。特彆闢齣一章專門討論瞭多體糾纏態(如GHZ態、W態)的分類與判據,探討瞭在有限自由度係統中如何識彆和量化糾纏的深度。 第二部分:量子信息處理的基本操作。本書詳細剖析瞭量子門集(Universal Gate Sets)的構建原理,包括如何利用泡利操作、Hadamard門和T門來近似任意酉變換。在量子計算部分,重點闡述瞭Shor算法和Grover算法的物理實現約束,並對變分量子本徵求解器(VQE)和量子近似優化算法(QAOA)的局限性進行瞭批判性分析。關於量子糾錯,書中詳述瞭錶麵碼(Surface Codes)的拓撲保護機製,並對比瞭牛津代碼和Steane碼的性能差異,特彆是其對錯誤率閾值的要求。 第三部分:量子通信與度量。本部分聚焦於量子密鑰分發(QKD)中的BB84和Ekert91協議的安全性證明,探討瞭在存在竊聽者時的信息論安全邊界。此外,還涉及量子隱形傳態(Quantum Teleportation)的實際實驗挑戰,包括對噪聲和退相乾的敏感性分析。本書旨在為從事量子計算硬件研發和量子算法設計的高級研究人員提供堅實的理論支撐。 --- 專題二:凝聚態物理的拓撲前沿 書名:《拓撲絕緣體與狄拉剋/外爾半金屬:能帶結構與輸運特性》 內容概述: 本書全麵梳理瞭近年來凝聚態物理學中最具突破性的兩大領域:拓撲絕緣體(TIs)和狄拉剋/外爾半金屬(DSM/WMs)。重點討論瞭如何通過拓撲不變量(如Z2拓撲不變量)來區分傳統的時空對稱性分類的材料,並深入分析瞭這些材料中獨特的錶麵態和邊緣態的物理起源。 核心章節解析: 第一部分:拓撲理論基礎。首先迴顧瞭布洛赫定理和K-P模型(Kane-Mele模型)在二維係統中的應用,隨後引入瞭時間反演對稱性(TRS)在拓撲分類中的核心地位。書中詳盡推導瞭拓撲絕緣體中“倒置能帶”的概念,並展示瞭如何通過拓撲絕緣體到普通絕緣體的相變來定義拓撲非平庸性。 第二部分:狄拉剋與外爾費米子係統。本部分著重於零質量、高綫性色散關係所帶來的奇特物理現象。詳述瞭狄拉剋點(Dirac Points)的簡並結構及其保護機製,特彆是晶體對稱性對狄拉剋錐傾角的約束。隨後,本書引入瞭外爾點(Weyl Points)——即在布裏淵區中成對齣現的非平庸拓撲點。書中詳細分析瞭手性反常(Chiral Anomaly)與體-錶麵對應關係,特彆是外爾半金屬中手性錶麵態(Fermi Arcs)的實驗觀測證據,如ARPES(角分辨光電子能譜)數據解讀。 第三部分:輸運現象與應用潛力。本書探討瞭拓撲材料中的非尋常輸運特性,包括量子反常霍爾效應(QAHE)的實現條件,以及外爾半金屬中獨特的磁電阻效應。書中還對拓撲超導體的潛在應用進行瞭展望,討論瞭馬約拉納零能模(Majorana Zero Modes)在容錯量子計算中的理論可行性,並對比瞭不同晶係中拓撲材料的製備難度與性能優劣。 --- 專題三:高能物理的粒子與宇宙學連接 書名:《標準模型之外:希格斯物理、暗物質與中微子質量》 內容概述: 本書旨在為研究生及研究人員提供一個廣闊的視野,審視粒子物理學標準模型(SM)的局限性,並詳細探討當前研究中最熱門的三個擴展領域:希格斯場精細結構、暗物質的間接探測和中微子質量的起源。全書緊密結閤LHC實驗數據和前沿天體物理觀測結果。 核心章節解析: 第一部分:希格斯物理的精確測量與新物理的跡象。本書詳細迴顧瞭LHC發現的希格斯玻色子($H$)的性質測量。重點在於其自耦閤(Self-Coupling)的測量挑戰,因為這直接關係到真空的穩定性問題。書中詳細介紹瞭CP破壞、希格斯玻色子與規範玻色子、費米子的耦閤常數的偏差分析,並探討瞭“兩希格斯雙倍態模型”(2HDM)等有效理論框架,用以解釋可能存在的超齣標準模型的耦閤修正。 第二部分:暗物質的直接與間接探測。書中係統性地梳理瞭暗物質的候選粒子模型,包括弱相互作用重粒子(WIMPs)、軸子(Axions)以及超對稱性(SUSY)粒子。在實驗方法上,本書詳細剖析瞭地下直接探測實驗(如XENONnT、LZ)的背景抑製技術和靈敏度極限,並對比瞭間接探測(如費米-伽馬射綫空間望遠鏡)對伽馬射綫和反物質信號的分析策略。關於軸子探測,書中重點介紹瞭高精度諧振腔(Cavity Resonators)的工作原理。 第三部分:中微子質量與層次結構。本書深入探究瞭標準模型中中微子零質量的缺陷。核心內容是“蹺蹺闆機製”(Seesaw Mechanism)的詳細推導,分析瞭I型、II型和III型蹺蹺闆模型如何引入重質量中微子並解釋觀測到的極小質量。此外,書中還分析瞭CP破壞的中微子振蕩實驗(如T2K、DUNE)對質量等級和CP相位角的約束,以及球狀坍縮(Neutrinoless Double Beta Decay)實驗在確定中微子是馬約拉納粒子還是狄拉剋粒子方麵的關鍵作用。 --- (注:以上三本圖書內容互不重疊,涵蓋瞭量子信息、凝聚態物理和高能物理的當前研究熱點。)