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离子电推进物理
作者：张天平 等
出版社：科学出版社
出版时间：2019-11-01
ISBN：9787030632319
定价：¥150.00
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内容简介
从火箭推进物理、气体放电物理、低温等离子体物理、电磁场及带电粒子加速物理、离子光学物理、空心阴极物理、等离子与材料相互作用物理、离子电推进计算物理等方面全面介绍了离子电推进的基础理论，为从事离子电推进技术研究和工程研制人员提供比较全面的专业知识。
作者简介
暂缺《离子电推进物理》作者简介
目录
目录
丛书序
前言
第1章 离子电推进概念
1.1 空间电推进及特点 001
1.1.1 火箭推进原理与火箭方程 001
1.1.2 比冲的定义及其意义 002
1.1.3 空间电推进的概念 004
1.2 离子电推进工作原理 007
1.2.1 离子电推进的工作原理及分类 007
1.2.2 离子电推进工作过程的物理解析 008
1.2.3 离子电推进的技术特点 010
1.3 离子电推进物理概要 013
参考文献 014
第2章 气体放电与气体击穿
2.1 气体放电 015
2.1.1 气体放电定义及分类 015
2.1.2 气体放电伏安特性 016
2.1.3 气体放电相似性原理 017
2.1.4 混合气体电离 022
2.2 气体击穿 023
2.2.1 气压和间距对气体击穿的影响 024
2.2.2 杂质气体对击穿电压的影响 025
2.2.3 影响击穿的其他因素 028
2.3 气体放电中的带电粒子 029
2.3.1 带电粒子的产生 029
2.3.2 带电粒子的消失 033
2.4 气体放电粒子间相互作用 037
2.4.1 弹性碰撞 037
2.4.2 非弹性碰撞 041
2.5 带电粒子在气体中的运动 044
2.5.1 热运动 044
2.5.2 扩散运动 046
2.5.3 漂移运动 048
2.5.4 双极性扩散运动 053
参考文献 055
第3章 等离子体产生原理及方法
3.1 气体放电概述 057
3.1.1 气体放电中的碰撞过程 057
3.1.2 磁场对碰撞的影响 059
3.1.3 低温离子源 059
3.2 直流放电 060
3.2.1 电晕放电 061
3.2.2 辉光放电 062
3.2.3 弧光放电 063
3.3 射频放电 065
3.3.1 射频等离子体基本定义和分类 065
3.3.2 射频等离子体源的功率馈入 066
3.3.3 射频等离子体源的电磁模型 067
3.3.4 射频等离子体源变压器模型 070
3.4 微波放电 072
3.4.1 微波等离子体基本定义和击穿条件 072
3.4.2 微波放电等离子体的特点 074
3.4.3 微波等离子体发生器的工作原理 075
3.5 螺旋波放电 076
3.5.1 天线耦合 077
3.5.2 螺旋波模式存在的条件 078
3.5.3 波功率的吸收：加热 079
3.5.4 EHW模式转换 082
3.6 等离子体中电磁波的传输特性 083
3.6.1 电磁波在非磁化等离子体中的传播 083
3.6.2 电磁波在磁化等离子体中的传播 086
参考文献 089
第4章 基础低温等离子体物理
4.1 低温等离子体的基本概念 091
4.1.1 等离子体的定义及其分类 091
4.1.2 低温等离子体的应用 092
4.2 低温等离子体常用特征参量 093
4.2.1 等离子体基本参量 093
4.2.2 等离子体的几个特征参量 095
4.2.3 等离子体的准中性 096
4.3 低温等离子体运动学 100
4.3.1 等离子体运动方程 100
4.3.2 等离子体的热运动 102
4.3.3 等离子体的扩散——粒子输运 104
4.3.4 等离子体热传导和黏滞过程——能量和动量输运 106
4.4 等离子体约束边界物理 107
4.4.1 玻姆鞘 108
4.4.2 预鞘 109
4.4.3 CL鞘 110
4.4.4 双鞘 111
4.4.5 半开放边界 113
4.5 离子束流物理 115
4.5.1 正离子束流的中和 116
4.5.2 射流等离子体的传输 118
参考文献 120
第5章 电磁场中的等离子体运动学
5.1 带电粒子在均匀静态电磁场中的运动 122
5.1.1 带电粒子在均匀静电场中的运动 122
5.1.2 带电粒子在均匀静磁场中的运动 123
5.1.3 带电粒子在均匀静态电磁场中的运动 125
5.2 带电粒子在非均匀静态电磁场中的运动 128
5.2.1 带电粒子在非均匀静电场中的运动 128
5.2.2 带电粒子在非均匀静磁场中的运动 128
5.2.3 带电粒子在非均匀静态电磁场中的运动 130
5.3 带电粒子在时变电磁场中的运动 132
5.3.1 带电粒子在缓慢变化电场中的运动 132
5.3.2 带电粒子在随时间任意变化电场中的运动 133
5.3.3 带电粒子在时间变化磁场和空间变化电场中的运动 139
5.4 电磁场中的等离子体输运理论 141
5.4.1 等离子体输运的一般理论 141
5.4.2 无磁场时等离子体的输运特性 143
5.4.3 均匀稳恒磁场中等离子体的输运系数 148
参考文献 152
第6章 离子光学物理
6.1 带电粒子光学基础 153
6.1.1 静电透镜 153
6.1.2 双栅离子光学原理 155
6.1.3 空间电荷效应 156
6.2 单级离子光学系统聚焦物理 161
6.2.1 离子束聚焦原理 161
6.2.2 过聚焦与欠聚焦 164
6.2.3 曲面离子光学边缘聚焦补偿 165
6.3 单级离子光学系统的加速物理 169
6.3.1 单荷离子加速 169
6.3.2 多荷离子和电荷交换离子影响 170
6.3.3 电子反流 173
6.4 多级离子光学系统物理 176
6.4.1 多级离子光学系统 176
6.4.2 双级加速离子光学系统的离子聚焦和离子加速 179
参考文献 180
第7章 空心阴极物理
7.1 空心阴极基本概念 181
7.1.1 阴极及分类 181
7.1.2 空心阴极工作原理 182
7.2 空心阴极热电子发射物理 183
7.2.1 热电子发射 183
7.2.2 钨基体氧化钡的电子发射 184
7.2.3 LaB6 材料电子发射 186
7.3 空心阴极工作过程物理 187
7.3.1 击穿放电点火过程 187
7.3.2 等离子体物理过程 189
7.3.3 热过程物理 195
7.3.4 半经验分析模型 202
7.4 空心阴极损耗与退化 208
7.4.1 发射体损耗过程 208
7.4.2 触持极损耗过程 211
7.4.3 空心阴极中毒 213
参考文献 215
第8章 材料物理及其表面过程
8.1 离子推力器材料及界面的基本问题 217
8.1.1 离子推力器基本结构及工作原理 217
8.1.2 离子推力器的特殊材料 218
8.1.3 离子推力器材料与等离子体的界面效应 221
8.2 离子电推进关键组件材料物理 223
8.2.1 永磁材料 223
8.2.2 栅极材料 228
8.2.3 空心阴极材料 232
8.3 载能离子与材料的相互作用 239
8.3.1 载能离子溅射 239
8.3.2 高能粒子轰击引发的二次电子发射 243
8.3.3 材料表面能量沉积 247
8.4 材料表面场击穿物理过程 250
8.4.1 真空环境下的电极表面场击穿物理 250
8.4.2 气体环境对表面击穿的影响 253
8.4.3 等离子体环境对表面击穿的影响 255
参考文献 258
第9章 数值计算基本方法
9.1 基本数值计算问题与数理方程 260
9.1.1 数值模拟必要性 260
9.1.2 数值模拟基本问题 260
9.1.3 数理方程和边界条件 261
9.1.4 数值模拟方法 263
9.2 有限差分计算方法 264
9.2.1 有限差分计算方法简介 264
9.2.2 离子推力器放电室磁场的有限差分计算模型 265
9.3 有限元计算方法 267
9.3.1 有限元计算方法简介 267
9.3.2 双栅极离子引出的有限元计算模型 268
9.4 随机抽样计算方法 270
9.4.1 随机抽样计算方法简介 270
9.4.2 随机抽样计算模型 271
9.5 PIC方法 272
9.5.1 PIC方法简介 272
9.5.2 四栅极离子引出的PIC计算模型 273
9.6 流体计算方法 276
9.6.1 流体计算方法简介 276
9.6.2 原子传输的流体计算模型 278
9.7 混合模拟方法 279
9.7.1 混合模拟方法简介 279
9.7.2 栅极溅射刻蚀混合计算模型 280
参考文献 284
附录 氙原子的激发和电离反应方程式 285
符号表 288
丛书序
前言
第1章 离子电推进概念
1.1 空间电推进及特点 001
1.1.1 火箭推进原理与火箭方程 001
1.1.2 比冲的定义及其意义 002
1.1.3 空间电推进的概念 004
1.2 离子电推进工作原理 007
1.2.1 离子电推进的工作原理及分类 007
1.2.2 离子电推进工作过程的物理解析 008
1.2.3 离子电推进的技术特点 010
1.3 离子电推进物理概要 013
参考文献 014
第2章 气体放电与气体击穿
2.1 气体放电 015
2.1.1 气体放电定义及分类 015
2.1.2 气体放电伏安特性 016
2.1.3 气体放电相似性原理 017
2.1.4 混合气体电离 022
2.2 气体击穿 023
2.2.1 气压和间距对气体击穿的影响 024
2.2.2 杂质气体对击穿电压的影响 025
2.2.3 影响击穿的其他因素 028
2.3 气体放电中的带电粒子 029
2.3.1 带电粒子的产生 029
2.3.2 带电粒子的消失 033
2.4 气体放电粒子间相互作用 037
2.4.1 弹性碰撞 037
2.4.2 非弹性碰撞 041
2.5 带电粒子在气体中的运动 044
2.5.1 热运动 044
2.5.2 扩散运动 046
2.5.3 漂移运动 048
2.5.4 双极性扩散运动 053
参考文献 055
第3章 等离子体产生原理及方法
3.1 气体放电概述 057
3.1.1 气体放电中的碰撞过程 057
3.1.2 磁场对碰撞的影响 059
3.1.3 低温离子源 059
3.2 直流放电 060
3.2.1 电晕放电 061
3.2.2 辉光放电 062
3.2.3 弧光放电 063
3.3 射频放电 065
3.3.1 射频等离子体基本定义和分类 065
3.3.2 射频等离子体源的功率馈入 066
3.3.3 射频等离子体源的电磁模型 067
3.3.4 射频等离子体源变压器模型 070
3.4 微波放电 072
3.4.1 微波等离子体基本定义和击穿条件 072
3.4.2 微波放电等离子体的特点 074
3.4.3 微波等离子体发生器的工作原理 075
3.5 螺旋波放电 076
3.5.1 天线耦合 077
3.5.2 螺旋波模式存在的条件 078
3.5.3 波功率的吸收：加热 079
3.5.4 EHW模式转换 082
3.6 等离子体中电磁波的传输特性 083
3.6.1 电磁波在非磁化等离子体中的传播 083
3.6.2 电磁波在磁化等离子体中的传播 086
参考文献 089
第4章 基础低温等离子体物理
4.1 低温等离子体的基本概念 091
4.1.1 等离子体的定义及其分类 091
4.1.2 低温等离子体的应用 092
4.2 低温等离子体常用特征参量 093
4.2.1 等离子体基本参量 093
4.2.2 等离子体的几个特征参量 095
4.2.3 等离子体的准中性 096
4.3 低温等离子体运动学 100
4.3.1 等离子体运动方程 100
4.3.2 等离子体的热运动 102
4.3.3 等离子体的扩散——粒子输运 104
4.3.4 等离子体热传导和黏滞过程——能量和动量输运 106
4.4 等离子体约束边界物理 107
4.4.1 玻姆鞘 108
4.4.2 预鞘 109
4.4.3 CL鞘 110
4.4.4 双鞘 111
4.4.5 半开放边界 113
4.5 离子束流物理 115
4.5.1 正离子束流的中和 116
4.5.2 射流等离子体的传输 118
参考文献 120
第5章 电磁场中的等离子体运动学
5.1 带电粒子在均匀静态电磁场中的运动 122
5.1.1 带电粒子在均匀静电场中的运动 122
5.1.2 带电粒子在均匀静磁场中的运动 123
5.1.3 带电粒子在均匀静态电磁场中的运动 125
5.2 带电粒子在非均匀静态电磁场中的运动 128
5.2.1 带电粒子在非均匀静电场中的运动 128
5.2.2 带电粒子在非均匀静磁场中的运动 128
5.2.3 带电粒子在非均匀静态电磁场中的运动 130
5.3 带电粒子在时变电磁场中的运动 132
5.3.1 带电粒子在缓慢变化电场中的运动 132
5.3.2 带电粒子在随时间任意变化电场中的运动 133
5.3.3 带电粒子在时间变化磁场和空间变化电场中的运动 139
5.4 电磁场中的等离子体输运理论 141
5.4.1 等离子体输运的一般理论 141
5.4.2 无磁场时等离子体的输运特性 143
5.4.3 均匀稳恒磁场中等离子体的输运系数 148
参考文献 152
第6章 离子光学物理
6.1 带电粒子光学基础 153
6.1.1 静电透镜 153
6.1.2 双栅离子光学原理 155
6.1.3 空间电荷效应 156
6.2 单级离子光学系统聚焦物理 161
6.2.1 离子束聚焦原理 161
6.2.2 过聚焦与欠聚焦 164
6.2.3 曲面离子光学边缘聚焦补偿 165
6.3 单级离子光学系统的加速物理 169
6.3.1 单荷离子加速 169
6.3.2 多荷离子和电荷交换离子影响 170
6.3.3 电子反流 173
6.4 多级离子光学系统物理 176
6.4.1 多级离子光学系统 176
6.4.2 双级加速离子光学系统的离子聚焦和离子加速 179
参考文献 180
第7章 空心阴极物理
7.1 空心阴极基本概念 181
7.1.1 阴极及分类 181
7.1.2 空心阴极工作原理 182
7.2 空心阴极热电子发射物理 183
7.2.1 热电子发射 183
7.2.2 钨基体氧化钡的电子发射 184
7.2.3 LaB6 材料电子发射 186
7.3 空心阴极工作过程物理 187
7.3.1 击穿放电点火过程 187
7.3.2 等离子体物理过程 189
7.3.3 热过程物理 195
7.3.4 半经验分析模型 202
7.4 空心阴极损耗与退化 208
7.4.1 发射体损耗过程 208
7.4.2 触持极损耗过程 211
7.4.3 空心阴极中毒 213
参考文献 215
第8章 材料物理及其表面过程
8.1 离子推力器材料及界面的基本问题 217
8.1.1 离子推力器基本结构及工作原理 217
8.1.2 离子推力器的特殊材料 218
8.1.3 离子推力器材料与等离子体的界面效应 221
8.2 离子电推进关键组件材料物理 223
8.2.1 永磁材料 223
8.2.2 栅极材料 228
8.2.3 空心阴极材料 232
8.3 载能离子与材料的相互作用 239
8.3.1 载能离子溅射 239
8.3.2 高能粒子轰击引发的二次电子发射 243
8.3.3 材料表面能量沉积 247
8.4 材料表面场击穿物理过程 250
8.4.1 真空环境下的电极表面场击穿物理 250
8.4.2 气体环境对表面击穿的影响 253
8.4.3 等离子体环境对表面击穿的影响 255
参考文献 258
第9章 数值计算基本方法
9.1 基本数值计算问题与数理方程 260
9.1.1 数值模拟必要性 260
9.1.2 数值模拟基本问题 260
9.1.3 数理方程和边界条件 261
9.1.4 数值模拟方法 263
9.2 有限差分计算方法 264
9.2.1 有限差分计算方法简介 264
9.2.2 离子推力器放电室磁场的有限差分计算模型 265
9.3 有限元计算方法 267
9.3.1 有限元计算方法简介 267
9.3.2 双栅极离子引出的有限元计算模型 268
9.4 随机抽样计算方法 270
9.4.1 随机抽样计算方法简介 270
9.4.2 随机抽样计算模型 271
9.5 PIC方法 272
9.5.1 PIC方法简介 272
9.5.2 四栅极离子引出的PIC计算模型 273
9.6 流体计算方法 276
9.6.1 流体计算方法简介 276
9.6.2 原子传输的流体计算模型 278
9.7 混合模拟方法 279
9.7.1 混合模拟方法简介 279
9.7.2 栅极溅射刻蚀混合计算模型 280
参考文献 284
附录 氙原子的激发和电离反应方程式 285
符号表 288
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