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第1章 高能量密度物理导论1

1.1 若干历史注记2

1.2 高能量密度物理的各种状态4

1.3 惯性约束聚变简述6

1.4 实验天体物理学简述8

1.5 与以前有关著作的联系10

1.6 变量和符号12

第2章 流体与等离子体的描述13

2.1 多方气体的欧拉方程组13

2.2 麦克斯韦方程组17

2.3 更加普遍和完全的单流体运动方程组18

2.3.1 一般的单流体运动方程组19

2.3.2 磁流体力学24

2.3.3 三温单流体模型25

2.3.4 计算机数值模拟方法26

2.4 等离子体理论28

2.4.1 传统等离子体理论的有效性状况28

2.4.2 双流体运动方程组31

2.4.3 动理学的描述35

2.5 单个粒子的运动36

第3章 高能量密度等离子体的性质39

3.1 简单物态方程40

3.1.1 多方气体41

3.1.2 辐射主导的等离子体42

3.1.3 费米简并的物态方程43

3.2 电离等离子体47

3.2.1 根据萨哈方程的电离平衡49

3.2.2 连续能区下降和离子球模型52

3.2.3 库仑相互作用55

3.3 电离等离子体的热力学57

3.3.1 广义多方指数57

3.3.2 压力、能量及相关结论59

3.3.3 物态方程的概貌64

3.4 计算使用的物态方程64

3.4.1 托马斯-费米模型和QEOS64

3.4.2 表格式物态方程66

3.5 实验室和天体物理学使用的物态方程68

3.5.1 物态方程的天体物理学背景69

3.5.2 实验室物态方程及其在天体物理学中的应用70

3.6 测量物态方程的实验71

3.6.1 平面飞片直接撞击71

3.6.2 阻抗匹配72

3.6.3 其他方法74

第4章 冲击与稀疏76

4.1 冲击波76

4.1.1 冲击间断跳跃条件77

4.1.2 冲击绝热线和物态方程79

4.1.3 一些有用的冲击波关系式79

4.1.4 经过冲击波后熵的变化84

4.1.5 斜冲击波85

4.1.6 冲击波与界面的相互作用和平面飞片撞击88

4.2 稀疏波93

4.2.1 平面一维等温稀疏过程和自相似分析93

4.2.2 黎曼不变量95

4.2.3 平面一维绝热稀疏过程98

4.3 爆炸波101

4.3.1 爆炸波中的能量守恒102

4.3.2 自相似运动的一般讨论104

4.3.3 谢多夫-泰勒球面爆炸波107

4.4 流体动力学界面现象109

4.4.1 冲击波在界面处的行为及其影响109

4.4.2 追赶冲击波112

4.4.3 稀疏过程中产生的二次冲击波112

4.4.4 爆炸波在界面处的行为114

4.4.5 稀疏波在界面处的行为115

4.4.6 斜冲击波在界面处的行为119

第5章 流体动力学不稳定性124

5.1 瑞利-泰勒不稳定性简述125

5.1.1 浮力的驱动作用125

5.1.2 流体动力学描述的基础128

5.2 瑞利-泰勒不稳定性线性理论的应用132

5.2.1 两个均匀流体之间界面的瑞利-泰勒不稳定性133

5.2.2 黏性对瑞利-泰勒不稳定性的影响134

5.2.3 具有密度梯度系统的瑞利-泰勒不稳定性和全局模式137

5.3 对流不稳定性或熵模式140

5.4 瑞利-泰勒不稳定性非线性阶段的浮力-阻力模型142

5.5 模式耦合144

5.6 开尔文-亥姆霍兹不稳定性149

5.6.1 开尔文-亥姆霍兹不稳定性的基本方程组149

5.6.2 具有陡峭变化边界的均匀流体系统152

5.6.3 具有扩展的速度剪切层、其余区域均匀的流体系统154

5.6.4 存在过渡区的均匀流体系统155

5.7 冲击波稳定性和里希特迈耶-缅希柯夫不稳定性157

5.7.1 冲击波稳定性157

5.7.2 冲击波与波纹形界面的相互作用160

5.7.3 冲击波经过后界面的演化——里希特迈耶-缅希柯夫不稳定性161

5.8 流体动力学湍流164

第6章 辐射输运173

6.1 基本概念174

6.1.1 辐射的性质与描述174

6.1.2 热辐射178

6.1.3 辐射与物质相互作用的类型178

6.1.4 辐射与物质净相互作用的描述180

6.2 辐射输运181

6.2.1 辐射输运方程181

6.2.2 辐射输运计算183

6.2.3 天体物理学和实验室研究中使用的不透明度186

6.2.4 平衡扩散极限下的辐射输运189

6.2.5 非平衡扩散和双温模型190

6.3 相对论辐射输运的考察191

第7章 辐射流体力学195

7.1 辐射流体力学方程组197

7.1.1 基本方程组197

7.1.2 热力学关系198

7.2 辐射和涨落200

7.2.1 辐射声波，光学厚情形200

7.2.2 输运较为重要情形中冷却的作用203

7.2.3 光学薄的声波206

7.2.4 辐射热不稳定性208

7.3 辐射扩散和马夏克波209

7.3.1 马夏克波210

7.3.2 电离辐射波212

7.3.3 常能量的辐射扩散波213

7.4 辐射冲击波216

7.4.1 辐射冲击波的各种状况216

7.4.2 辐射冲击波的流体动力学220

7.4.3 辐射前驱波的模型226

7.4.4 光学薄介质中的辐射冲击波231

7.4.5 下游光学厚、上游光学薄介质中的辐射冲击波234

7.4.6 光学厚介质中辐射冲击波的流体动力学237

7.4.7 光学厚介质中的辐射冲击波，通量主导状况238

7.4.8 光学厚介质中的辐射冲击波，辐射主导状况239

7.4.9 冲击波中电子与离子的耦合241

7.5 电离阵面242

第8章 创建物质的高能量密度状况245

8.1 激光束直接辐照245

8.1.1 激光技术246

8.1.2 激光束聚焦247

8.1.3 电磁波的传播与吸收249

8.1.4 激光散射和激光-等离子体不稳定性254

8.1.5 电子热输运259

8.1.6 烧蚀压力264

8.2 黑腔268

8.2.1 激光束转换为X射线269

8.2.2 离子束产生X射线272

8.2.3 X射线引起的烧蚀272

8.2.4 与黑腔有关的其他问题275

8.3 Z箍缩与相关的实验方法277

8.3.1 应用于高能量密度物理研究的Z箍缩技术277

8.3.2 动力黑腔283

8.3.3 磁驱动高速平面飞片285

第9章 惯性约束聚变287

9.1 发生聚变的燃料终态条件288

9.1.1 聚变反应所需燃料及其终态状况288

9.1.2 能量增益：是否值得去做290

9.1.3 压缩状态下氘氚燃料的性质291

9.2 燃料终态的形成和聚变点火295

9.2.1 高度压缩状态的实现295

9.2.2 聚变燃料点火298

9.2.3 中心热点点火301

9.2.4 快点火302

9.3 困境和问题304

9.3.1 瑞利-泰勒不稳定性304

9.3.2 对称性306

9.3.3 激光-等离子体不稳定性307

第10章 实验天体物理学310

10.1 流体动力学系统的标度关系311

10.2 一个透彻的例子：Ⅱ型超新星中的流体动力学界面不稳定性314

10.2.1 关于Ⅱ型超新星的天体物理学基本知识314

10.2.2 超新星中界面不稳定性的标度参数问题316

10.2.3 Ⅱ型超新星中界面不稳定性的模拟实验319

10.3 另一个例子：星际云团破碎中的相互作用321

10.4 辐射流体力学系统的标度关系322

10.5 辐射天体物理喷流：研究背景和标度关系324

10.5.1 天体物理喷流的基本知识324

10.5.2 从辐射天体物理喷流至实验室系统的标度关系325

10.5.3 辐射喷流的实验326

第11章 相对论高能量密度系统329

11.1 超快激光器的发展330

11.2 强电磁场中单电子的运动331

11.3 激光与等离子体相对论相互作用的引发338

11.4 吸收机制340

11.5 谐波的产生342

11.6 相对论自聚焦和诱导透明性344

11.7 粒子的加速344

11.7.1 等离子体内的加速345

11.7.2 利用固体靶表面的电场势进行加速347

11.7.3 利用库仑爆炸进行加速349

11.8 钻孔现象和无碰撞冲击波351

11.9 其他现象354

附录A 物理常数，缩写词，变量符号357

附录B 简单的Mathematica计算编码364

参考文献371