电磁辐射的等离子体散射——理论与测量技术(原书第2版)
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作者:
(美)达斯汀 H.弗洛拉 等
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出版社:
科学出版社
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ISBN:
9787030680945
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出版时间:
2021-08
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装帧:
平装
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开本:
16开
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作者:
(美)达斯汀 H.弗洛拉 等
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出版社:
科学出版社
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ISBN:
9787030680945
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出版时间:
2021-08
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￥188.00
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全新
上书时间2023-06-22
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目录
译者序
前言
致谢
章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 等离子体 2
1.3 单位制 5
1.3.1 高斯单位制 5
1.3.2 SI单位制 6
1.3.3 单位电荷q的麦克斯韦方程和洛伦兹力 6
1.4 等离子体中的特征长度和特征时间 7
1.5 等离子体对电磁辐射的散射 8
1.6 运动电荷的辐射 8
1.7 电磁波对电荷的加速 11
1.7.1 无外力作用时的低速电荷 11
1.7.2 无外力作用时的高速电荷 14
1.7.3 有外力作用时的低速电荷 15
1.7.4 在外加磁场下的高速电荷 15
1.8 本书中用于计算的一般约束条件 16
1.8.1 辐射与等离子体的宏观相互作用 16
1.8.2 一般限制 17
1.8.3 非集体性谱和集体性谱 18
习题 19
奇数习题答案 20
第2章 散射功率谱 26
2.1 谱密度函数S(k，w) 26
2.1.1 集合平均 26
2.1.2 电子密度的涨落ne(k，w) 26
2.1.3 S(k，w)的定义 27
2.2 等离子体的动力学方程 28
2.2.1 克利蒙托维奇方程 28
2.2.2 近平衡态等离子体的碰撞 30
2.3 散射功率[Ps(R，ws)] 31
2.3.1 通解[Ps(R，ws)] 31
2.3.2 低温等离子体(v/c)<<1 134
2.3.3 高温等离子体(v/c)2<<1 135
2.3.4 S(k，w)傅里叶-拉普拉斯变换和碰撞 36
习题 37
奇数习题答案 37
第3章 等离子体理论中的散射谱 38
3.1 引言 38
3.2 B=0和v=0时ne(k，w)的推导 39
3.2.1 基本方程 39
3.3 电子密度涨落ne(k，w) 40
3.3.1 项 42
3.3.2 第二项 43
3.3.3 第三项 43
3.4 无碰撞等离子体的谱密度函数S(k，w) 43
3.4.1 任意函数 43
3.5 热等离子体的散射功率 44
3.5.1 完全相对论功率谱 45
3.5.2 二阶β 47
3.6 关于各种初始条件影响的讨论 48
3.6.1 电荷初始条件 48
3.6.2 非平衡初始条件 50
3.7 对于碰撞等离子体B=0的S(k，w) 50
3.7.1 任意分布函数 50
3.7.2 具有麦克斯韦速度分布的解 52
3.8 涨落-耗散理论的散射谱S(k，w) 54
习题 55
奇数习题答案 56
第4章 非集体性散射 60
4.1 引言 60
4.2 散射频率中多普勒频移的来源 62
4.3 对β的一阶项和二阶项的比较 66
4.4 有限渡越时间效应 67
4.5 热力学平衡下的等离子体非集体性散射 68
4.5.1 散射功率的频谱 68
4.5.2 微分散射截面 69
4.5.3 波长谱 69
4.5.4 实验上的应用 70
4.5.5 光子散射率 72
4.5.6 非对称分布函数 73
4.5.7 电子温度的测量 73
4.5.8 磁聚变等离子体的电子温度测量 73
4.6 磁化等离子体的非集体性散射 77
4.6.1 单电子的散射功率 78
4.6.2 热力学平衡下磁化等离子体的非集体性散射 78
4.7 散射谱 80
4.7.1 精细结构 80
4.7.2 精细结构分辨率 80
4.7.3 谱包络 81
4.7.4 磁场强度的测量 82
4.8 等离子体磁场方向测量 83
习题 85
奇数习题答案 86
第5章 等离子体的集体性散射 89
5.1 引言 89
5.2 S(k，w)，麦克斯韦分布函数 90
5.2.1 高频(w>>wpi) 92
5.2.2 低频(w<<wpi) 92
5.3 S(k，w)，Te/Ti≈1萨普陀近似 93
5.3.1 电子分量-萨普陀近似 93
5.3.2 离子分量-萨普陀近似 93
5.3.3 完整的谱密度函数-萨普陀近似 94
5.3.4 电子等离子体共振 94
5.3.5 离子声波共振 94
5.3.6 电子与离子的相对漂移 95
5.4 实验应用 97
5.4.1 实验原理 98
5.4.2 电子等离子体波 99
5.4.3 离子声波 103
5.5 碰撞等离子体 108
5.5.1 电子等离子体共振 108
5.5.2 离子声波共振 110
5.6 总散射截面 112
5.6.1 Te≈Ti萨普陀近似 112
5.6.2 任意的Te/Ti 113
5.6.3 流体模型 114
习题 116
奇数习题答案 118
第6章 散射实验的约束条件 125
6.1 引言 125
6.2 (λi,△λi)源的选择 125
6.2.1 X射线探针的要求 125
6.3 散射角的选择(θ,△θ) 128
6.3.1 寄生辐射 129
6.3.2 散射角Δθ的范围 131
6.4 信噪比 131
6.4.1 量子统计噪声 131
6.4.2 单脉冲信号的测量 132
6.4.3 多脉冲的测量平均值 132
6.4.4 等离子体噪声 132
6.5 散射功率与轫致辐射功率之比 134
6.5.1 轫致辐射 134
6.5.2 散射功率与轫致辐射功率之比 135
6.5.3 散射功率和轫致辐射功率之比的有趣特征 .135
6.5.4 线辐射 137
6.5.5 同步检波 138
6.6 入射波束对等离子体的影响 139
6.6.1 引言 139
6.6.2 经典碰撞损耗 140
6.6.3 库仑碰撞 141
6.6.4 量子力学效应 142
6.6.5 中性粒子的碰撞和电离 142
6.6.6 集体效应 143
6.7 探测器 144
6.7.1 光电子探测器 144
6.7.2 热探测器 146
6.7.3 X射线探测器 149
6.7.4 等效噪声功率 151
6.7.5 克服背景噪声的外差和零差法 152
习题 157
奇数习题答案 159
第7章 光学系统 161
7.1 引言 161
7.2 光谱仪的一般属性：仪器函数 162
7.2.1 单色谱 163
7.2.2 分辨能力 163
7.2.3 宽输入谱 163
7.3 衍射光栅光谱仪：理论 164
7.3.1 介绍性说明 164
7.3.2 仪器函数 166
7.3.3 时间仪器函数 167
7.4 光谱仪：图像解析器与应用 168
7.4.1 光栅光谱仪 168
7.4.2 晶体光谱仪 170
7.4.3 举例 171
7.5 法布里-珀罗标准具：理论 173
7.6 法布里-珀罗标准具光谱仪：图像解析器与应用 176
7.6.1 典型的光谱仪 176
7.6.2 图像解析器与多标准具系统 178
7.6.3 举例 179
7.6.4 干涉滤波器 180
7.7 校准与对准 181
7.7.1 瑞利散射 181
7.7.2 拉曼散射 183
7.7.3 电子回旋加速器辐射截止数据 184
7.7.4 微湍流与相干波的集体性散射系统的校准 .185
7.7.5 散射体积与对准 189
7.8 典型的集体性散射实验装置与一些考虑 189
7.8.1 实验装置 189
7.8.2 参数选择与散射体积定义 191
习题 193
奇数习题答案 194
第8章 汤姆孙散射技术 196
8.1 引言 196
8.1.1 一些有趣的技术 197
8.2 前向散射、相位闪烁成像与相位对比成像 204
8.3 来自驱动(非热)波的汤姆孙散射 212
8.4 直接前向汤姆孙散射 214
8.5(w，k)-分辨汤姆孙散射 216
8.6 受激拉曼散射的亚皮秒时间分辨汤姆孙散射 217
8.7 多离子声速汤姆孙散射用于探测(Te，ne) 218
第9章 工业等离子体与高能离子散射 221
9.1 工业与其他的低温等离子体 221
9.2 高能离子的散射 228
9.2.1 快离子分布函数 228
9.2.2 快离子散射 229
9.2.3 ITER的实验数据和计划 231
9.3 燃烧等离子体 235
9.3.1 磁聚变 235
9.3.2 为ITER提出的其他系统示例 236
9.3.3 惯性聚变 236
习题 241
奇数习题答案 242
0章 磁化等离子体的散射 245
10.1 引言 245
10.1.1 动力学方程 245
10.1.2 有用的恒等式 246
10.2 谱密度函数S(k，w)的计算 247
10.2.1 密度涨落的计算 247
10.2.2 纵向近似 249
10.2.3 非磁化离子 250
10.3 S(k，w)，麦克斯韦分布函数 251
10.3.1 非磁化离子 252
10.4 碰撞磁化等离子体 253
10.4.1 任意分布函数 253
10.4.2 麦克斯韦分布函数 254
10.5 横向模式 255
10.6 磁化谱的一般特征 257
10.6.1 参数 257
10.6.2 极限情况B0→0(k||=0) 259
10.7 总散射截面ST(k) 259
10.8 高频谱 262
10.8.1 k||=0，w≌wpe，Ωe 262
10.8.2 k||≠0，w≌wpe，Ωe，k||a 265
10.9 低频谱 268
10.9 w≌wpi，Ωi 268
10.9.2 k||=0，w≌wpi，Ωi，k||b 268
习题 270
奇数习题答案 270
1章 X射线汤姆孙散射 272
11.1 概述 272
11.2 X射线散射关系式 273
11.3 X射线散射实验 276
11.4 应用 281
习题 287
奇数习题答案 291
2章 不稳定等离子体的散射 293
12.1 引言 293
12.1.1 不稳定等离子体 293
12.1.2 增强散射 293
12.1.3 不稳定性尺度 295
12.2 微观不稳定性理论 295
12.2.1 基本方程 295
12.2.2 不稳定性的产生 296
12.2.3 不稳定性的初始演化 298
12.2.4 准线性理论 298
12.2.5 弱湍流 299
12.2.6 强湍流 299
12.3 临界稳定等离子体散射 300
12.3.1 漂移不稳定性的产生 300
12.3.2 离子-声波不稳定性的观测 301
12.4 弱不稳定等离子体的散射 303
12.4.1 波束-等离子体不稳定性 303
12.4.2 不稳定波束-等离子体系统散射 303
12.5 激波前沿微湍流的散射 304
12.5.1 引言 304
12.5.2 实验 305
12.6 磁约束等离子体的不稳定性 308
12.7 惯性约束等离子体的不稳定性 316
习题 318
奇数习题答案 320
附录A 数学方法 332
A.1 复变量与复平面上的积分 332
A.1.1 复数 332
A.1.2 柯西-古萨定理 333
A.1.3 无穷远处的本征奇点 336
A.2 傅里叶变换 339
A.2.1 定义 339
A.2.2 帕塞瓦尔定理 340
A.2.3 谱密度函数 340
A.2.4 σ函数 341
A.3 拉普拉斯变换 342
A.3.1 定义 342
A.3.2 谱密度函数 343
A.4 等离子体纵向振荡的稳定性 344
A.5 稳定等离子体的总截面 347
附录B 等离子体的动力学理论 349
B.1 引言 349
B.2 等离子体的特征长度和时间 349
B.2.1 特征长度 349
B.2.2 特征时间 351
B.2.3 与磁场有关的特征参数 351
B.3 玻尔兹曼方程 352
B.3.1 玻尔兹曼方程 352
B.3.2 中性气体：短程力 352
B.3.3 等离子体长程力 353
B.4 对碰撞项的解释 354
B.4.1 非弹性碰撞 354
B.4.2 碰撞频率 354
B.4.3 福克尔-普朗克碰撞项 355
B.4.4 库鲁克碰撞项 355
B.5 等离子体散射的动力学描述 356
B.5.1 引言 356
B.5.2 集合平均和N粒子概率分布函数 357
B.5.3 刘维尔方程 357
B.5.4 S粒子的分布函数 358
B.5.5 散射功率谱和分布函数 358
B.6 BBGKY层级结构 359
B.6.1 弗拉索夫方程 360
B.6.2 双粒子相关性 360
B.7 克利蒙托维奇层级结构 361
B.7.1 集合：平均分布函数 363
B.7.2 集合平均值<F1(x)F1(x)> 364
B.8 稳定、均匀、准静态等离子体 365
B.8.1 双粒子相关函数 365
B.8.2 雷纳德-巴列斯库方程 367
附录C 热等离子体的通用色散关系 371
附录D 形式因子的计算 381
附录E 等离子体辐射散射的研究综述 388
E.1 引言 388
E.2 电离层散射 388
E.3 实验室等离子体(λi≌L，wi≌wpe)散射 389
E.4 近平衡态等离子体的散射B=0，v=0，λi<<L，wi>>wpe 389
E.4.1 非集体性散射谱a<<1 390
E.4.2 集体性散射谱的离子特征a≥1，ws-wi<<wpe 390
E.4.3 电子等离子体伴随谱a≥1，ws-wi≌wpe 391
E.4.4 离子与电子存在相对漂移时的离子特征 391
E.4.5 小的neλ3De 391
E.4.6 非稳定、非均匀和非线性效应 392
E.4.7 杂质 392
E.4.8 高能粒子测量 392
E.5 近平衡态磁化等离子体的散射 393
E.6 激光等离子体的散射 393
E.7 碰撞效应 394
E.8 相对论效应 395
E.9 总散射截面 396
E.10 不稳定湍流等离子体 396
E.10.1 微观湍流 397
E.10.2 流体湍流 397
E.11 应用于激光驱动等离子体波的汤姆孙散射 397
E.12 入射波束吸收与双波束散射 398
E.13 工业等离子体 398
附录F 物理常数与公式 399
参考文献 403
索引 449
内容摘要
本书为《等离子体辐射的电磁散射》1975年版的更新版，在其基础上增加了工业和热密等离子体、高能粒子测量和仪器、集体汤姆孙散射与技术等内容。本书全面系统地介绍了等离子体散射的基本概念、描述与测量方法，以及在各行业的应用。本书正文共12章，章为概述，第2章介绍了等离子体散射功率谱的基本概念、散射功率谱与等离子体密度涨落之间的关系式，第3章推导了集体行为非磁化、准平衡态等离子体的通用散射谱表达式，第4章推导了等离子体的非集体性散射，第5章分析了等离子体的集体性散射谱的实验结果，第6章讨论了利用散射技术进行等离子体诊断存在的局限与问题，第7章介绍了光学仪器函数、光谱仪与光学校准，第8章结合一些具体应用讨论了如何利用汤姆孙散射技术，第9章讨论了工业等离子体、高能离子散射与聚变等离子体，0章推导了磁化等离子体散射谱并讨论其应用，1章讨论了利用硬X射线（高能光子）探测热密等离子体以及在康普顿散射与等离子体激元散射中的应用，2章对不稳定等离子体散射进行了综述。附录A-E分别给出了有关的数学方法、等离子体动力学理论、色散关系推导、汤姆孙散射谱的简单计算方法、常用的物理常数与公式。本书可作为相关专业的研究生和研究人员的入门参考书。
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