物理学

等离子体是由被剥夺部分电子的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，被视为是与物质的固、液、气状态并列的第四态。由于它是带电粒子的集合体，它的行为与电磁场密不可分。当等离子体中包含中性粒子，并且中性粒子与带电粒子的碰撞趋于无穷次时，等离子体会更倾向于中性气体。本书主要讲述了完全电离等离子体及其特定性质。

本书共有９章：１．介绍，包括本书的目标、天体物理学中的等离子体、电磁场与电磁波、横向与纵向电磁场、真空中的电磁场、等离子体中的电磁波、平面等离子体波的电磁分量、带电粒子的运动；２．等离子体描述与模型，包括分布函数与分配矩、从动理学方程到流体方程的转换、数值方法、Valsov 编码、杂交编码；３．磁化等离子体，包括完全磁流体动力学（Ideal ＭＨＤ）、建立ＭＨＤ模型、量纲分析与等离子特征尺度；４．碰撞型－无碰撞，包括等离子体物理中碰撞的概念，有平均自由程、德拜长度、克努森数等；损耗的概念，有能量转移与损耗、可逆性、不可逆性、熵等；５．等离子体中的波，包括ＭＨＤ波、波引起的输运、高频率波、哨声模式、流体理论中的碰撞阻尼、无碰撞阻尼、不稳定性；６．非线性效应、激波与湍流，包括无碰撞激波与结构面、湍流、非线性动理学物理；７．流动与粒子加速过程，包括流动和加速过程、文丘里效应、恒星风、磁重联、磁层中的动力加速；８．宇宙射线的加速与迁移，包括磁场：迁移阻碍、宇宙射线的迁移方程、宇宙射线的费米加速等；９．动理学和流体的二重性，包括太阳风与行星风膨胀、小幅弹道起伏、大幅弹道起伏等。

附录：１．符号，包括１．１向量与张量；１．２微商；１．３符号列表；２．渐近展开与等离子绝热不变量，包括２．１多尺度扩展；２．２等离子绝热不变量；２．３引导中心方程的推导；３．福克－普朗克方程，一阶项。

本书由５位作者共同撰写，其中第１作者是研究无碰撞介质的动理学理论和流体理论方面的专家；其它各位作者也分别是物理领域的专家。

本书简单易懂，意在成为等离子物理方面的教科书。实验室等离子体，特别是核聚变磁约束方面的研究者，也适合阅读本书。

聚变是指由质量小的原子，在一定条件下发生原子核的聚合作用，生成新的质量更大的原子，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应。等离子体物理是研究等离子体的形成及其各种性质和运动规律的学科。宇宙间的大部分物质处于等离子体状态。从２０世纪５０年代起，为了利用核聚变反应解决能源问题，促使等离子体物理学研究蓬勃发展。其应用前景目前集中在轻核聚变方面，即利用磁约束等离子体进行持续的核聚变反应。

本书的第１版很受欢迎，经过修订和扩充的第２版内容更加具有综合性。内容不仅包含当今比较热门研究领域的相关知识，如基本等离子体现象、库伦散射、电磁场中带电粒子漂移、等离子体磁场约束、等离子体的动力学和流体力学理论、等离子体波和不稳定性等，还包含一些新的研究主题，有涨落驱动等离子体传输、偏滤器（Divertor）物理、中性原子回旋和运输、杂质等离子体运输等，书的最后对未来聚变反应堆的发展进行了展望，讨论了其方案设计。

全书由１９章组成：１．聚变、等离子体、库仑碰撞和电磁波理论的概念；２．带电粒子在电磁场中的各种运动形式；３．等离子体中带电粒子在磁场中受到的磁约束；４．等离子体动理论；５．等离子体流体理论；６．等离子体平衡的特性；７．等离子体的几种波动形式，如阿尔芬波、朗缪尔波、离子声波；８．等离子体的不稳定性；９．等离子体碰撞传输机制、经典输运形式、流体理论中的环形效应、多流体传输机制等；１０．等离子体回旋的形式和特性；１１．等离子体湍流输运的形式和特性；１２．等离子体在加热和电流驱动下的特性；１３．等离子体与物质的相互作用；１４．偏滤器的模型和操作机制、热电电流和漂移物对偏滤器（Divertor）的影响；１５．等离子体边缘的粒子输运、Ｌ模式和Ｈ模式的区别、热不稳定性和极向速度自旋加快的相关知识；１６．中性粒子运输的基本原理、扩散理论、积分输运理论、碰撞概率方法、接触面电流零点法、离散纵坐标法和蒙特卡罗法；１７．等离子体的能量平衡机制和聚变等离子体动力学的相关概念；１８．等离子体的各种运行限制，包括实证密度限制、磁流体力学不稳定限制等；１９．聚变反应堆和中子源的相关知识。

本书内容丰富，综合性强，且深入浅出，层次分明，可作为高层大气物理学、空间探测技术、空间物理学等专业的研究生教材，也可作为相关领域研究人员的参考书。

不可逆性是当前科学中的最大奥秘。生与死、创造和毁灭都属于司空见惯的不可逆过程。我们感觉到时间之箭决定着过去、现在与未来。我们利用一些近乎可逆的周期过程测量时间，但是时间给我们留下来的却是不可逆的改变。而在这不可逆的变化中，充斥着普遍的非平衡现象。对它们给出一种自洽的科学处理方法，迄今仍是一种挑战。

非平衡态统计物理中的最一般的问题是要详细地描述物理（化学或天文学）系统的时间演化，需要处理，诸如趋向平衡态的弛豫以及输运过程等各种不同的现象，考虑系统对于外部影响的反映，涨落产生的亚稳性和不稳定性，模式形成和自组织，与确定性描写相反的概率的出现，以及开放系统等。非平衡态统计物理创造了一些概念和模型，它们不仅与物理学相关，也与信息、技术、生物学、医学以及社会科学密切相关，甚至对于基本哲学问题也有很大的影响。尽管非平衡态统计物理的研究早在１９世纪末就与平衡态统计物理的研究开始分离开来，但迄今人们仍然认为它属于物理学中的一个新兴领域，它的发展与其他一些领域，比如量子物理和量子场论、相变、生物物理与纳米物理以及复杂系统的演化研究的发展密切相关。

与平衡态统计物理相反，非平衡态统计物理通常在理论物理课程中只占很少的一部分。非平衡态统计物理目前没有能够系统表述的公理或原理，只采用一些通用的方法来描述。只有在特殊情况下，人们知道一些不同的方法可以用来描述一个非平衡态物理过程的性质；而且一般都要添加一些假设或做一些近似，它们初看起来并不是准确地在严格的微观处理基础上建立起来的。但是，另一方面，的确把一些似乎是描述不可逆行为不可缺少的新的元素带到了理论中来。

本书是由非平衡态统计物理领域的著名专家根据在许多地方举办讲座的讲义基础上并参考许多德国以前出版的专著撰写而成的一部教材，旨在提供非平衡态统计物理的一个连贯、简洁和系统的阐述。它应该能为学习非平衡态统计物理的学生接受，并能引起科学家或相关领域人员的兴趣。作者专注于非平衡态统计物理在固态物理、等离子体物理、原子物理和其他多粒子系统相关领域的应用。

本书内容共分７章：１．引言；２．随机过程；３．量子主方程（Master 方程）；４．动理论；５．线性响应理论；６．量子统计方法；７．概述：非平衡态演化和随机过程。

本书针对物理学特别是理论物理、凝聚态物理、等离子体物理及其他相关专业的硕士生、博士生和博士后。书中内容非常充实、观点新颖，而且给出了许多应用和典型的实例以及完全解出来的习题。对于该领域内的教学科研人员有很好的参考价值。

高能物理学自从上世纪中叶诞生以来，以基本粒子及其相互作用为研究目标，已经取得了诸如建立了统一弱、电与强相互作用的标准模型这类无比辉煌的成果，极大地深化了人们对物质最深层次结构的认识。回顾这一伟大历程，不难看到这些成果无不是在对世界范围内许多高能实验室特别是一些大型加速器以及对撞机上所提供的数量浩瀚的实验数据进行复杂而细致的分析基础之上取得的。基本粒子的行为遵从量子力学，同时各种反应和探测过程又要受到环境和条件（背景）的不可控制的影响，因此对它们的描写充满随机性。比如，对于两个粒子的碰撞或者甚至一个粒子的衰变，我们不可能确定性地预言究竟会发生什么，而只能给出各种可能结果的概率。我们必须透过这些随机性，寻求对于复杂过程的清晰了解，从而获得精确的科学结论。正因为如此，高能物理实验数据的分析工作，不仅对于高能物理实验家，而且对于那些密切依靠实验结果的理论家们都是至关重要的。实际上，几乎所有的高能物理的异常精确结果都是借助于高度技巧的统计方法得到的。在粒子物理领域，统计推理是数据分析的最基本的步骤。

近年来，研发了许多新的统计技术以及相关的复杂的软件包。对于从事高能物理研究的科学家，尽快掌握这些统计知识的需求急速增长。本书正是服务于这一目的。

本书内容共分１２章：１．基本概念（R．Barlow）；２．参量估计（O．Behnkeand L．Moncta）；３．假设检验（G．Schott）；４．间隔估算（L．Demortier）；５．分类（H．Voss）；６．展开（V．Blobel）；７．约束拟合（B．List）；８．如何处理系统的不确定性（R．Wanke）；９．理论的不确定性（M．Diehl）；１０．高能物理常用的一些统计方法（C．Hensel 和 K．Kroninger）；１１．分析选析（A．Heijboer 和 I．van Vulpen）；１２．在天文学中的应用（H．B．Prosper）。

本书注重适用性，阐述尽可能具体，各章内容中插入了许多特定的设计实例。每章后面都提供了一些练习题，提示、解答和一些必要的软件（可以在出版商提供的网页上找到）。本书适用于实验类型的高能物理相关专业的研究生和实验工作者。

自从１８９５年伦琴发现Ｘ射线和１８９６年贝克勒尔发现放射性以来，对于各种辐射的物理本质及其各种性质的研究迅速发展并且最早在医学诊断与治疗中得到广泛和重要的应用，成为医学物理极为重要的部分。与之同时，对于辐射可能对人造成伤害的深入了解和清醒的认识，辐射防护问题相应地提上日程，辐射防护物理学的研究日益得到人们的重视。

辐射防护物理学也称保健物理学（health physics），是在物理学原理基础上识别、评估各类辐射的应用对健康的危害，并提供可行方案将这种危害控制在允许的安全范围内的一种科学。保健物理学的从业人员推动辐射防护知识的普及并为与辐射相关的各类实践活动提供安全保障措施。他们的主要工作场所是产生或使用放射性核素或电离辐射的各种环境，如医疗机构、政府实验室、学术和研究机构、核电站、核武器的监管机构和制造厂等。

本书是在给开始学习辐射防护或保健物理的学生讲授辐射物理学课程的基础上发展起来的。这里介绍的是该书的第３版，与前两版相比，内容做了大幅度改写和扩充。但是写作的指导思想与前两版一样，它提供对于辐射防护专业人员所需要的主要的物理概念的全面、综合的介绍。书中提供了实践过程中许多实际的例子和碰到的问题，详细地阐述相关的概念和可行的细致技巧，给出了清晰、完全和最新的解释，介绍了其发展状况。

保健物理需要许多原始的数据资源。为此，本书提供了大约１００种常用到的最普通放射性核素的衰变模式和发射的能量值。除了核素图表之外，还详细地给出了激活截面、裂变产额、裂变产物链、光子衰减系数以及核质量等。它们都取自美国 Brookhaven National Laboratory 的国家核数据中心。

全书内容共分成１４章：１．原子的结构；２，原子和能量；３．放射性蜕变；４．相互作用；５．核裂变与其产物；６．天然辐射与放射性；７．辐射与物质的相互作用；８．辐射屏蔽；９．内辐射剂量；１０．环境弥散；１１．核临界状态；１２．辐射探测和测量；１３．辐射物理中的统计；１４．中子。书末提供了四个内容广泛的附录。全书有制作精美的４００多张图，对于理解相关的知识提供了非常直观的帮助。

本书是辐射防护从业人员所必须的一本实用指南。