Nuclear Principles in Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Jevremovic, Tatjana

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9780387856070

丛书系列:

图书标签:

• 核工程
• 核物理
• 工程应用
• 核反应堆
• 放射性
• 核材料
• 辐射防护
• 中子物理
• 热工水力
• 核安全

深入探索现代工程中的无形之力：能量、材料与设计的革命 本书并非聚焦于核能的军事应用或高能物理的抽象理论，而是将目光投向了那些在工程领域中，由微观粒子运动所激发的、潜藏而强大的能量，以及它们如何被巧妙地转化为驱动现代社会运转的动力。我们将剥离那些令人望而生畏的“核”字标签，深入探究其中蕴含的物理原理，并解析这些原理如何在材料科学、能量转换、精密制造乃至生物工程等多个工程分支中，以前所未有的方式塑造着我们的技术和生活。 第一章：能量的微观涟漪——粒子行为的工程洞察 在一切物质的基础中，粒子以其特有的运动规律构成了宏观世界的基石。本章将详细阐述构成物质的基本粒子，例如电子、质子和中子的性质，它们如何通过电磁力、强核力和弱核力相互作用，形成原子和分子。然而，我们关注的重点并非粒子物理学的深奥理论，而是这些基本粒子行为在工程领域的可控性与应用价值。 例如，电子的运动是电流的基础，这构成了我们电力工程的基石。我们不会深入探讨量子场论，而是聚焦于电子的能级跃迁如何影响材料的导电性、半导体器件的工作原理，以及如何通过精确控制电子流来设计高效的电路和传感器。我们将探究材料在不同温度和压力下，其内部电子分布和运动模式的变化，这直接关系到材料的力学性能、热学性能以及电磁性能。理解这些微观层面的相互作用，能够帮助工程师们在选择和设计材料时，更具前瞻性和针对性。 此外，我们将探讨原子核内部的结构及其稳定性，但重点并非放射性衰变过程本身，而是原子核内部质子和中子的结合能如何影响材料的结构完整性和稳定性。例如，在高温高压环境下，某些材料内部的原子核可能经历微小的结构变化，从而影响材料的整体强度和寿命。理解这种微观层面的相互作用，对于设计能够在极端环境下工作的结构至关重要，例如深海探测器、航空航天器或地热发电站的组件。 本章还将引入一个关键概念：能量量子化。即能量并非连续的，而是以离散的“能量包”形式存在。这种量子化的特性，使得我们能够精确地调控和利用能量。例如，激光器的原理就基于原子能级的量子化跃迁，通过控制电子的能级跃迁，产生高度定向、高强度的光束，这在材料加工、精密测量和通信技术中扮演着至关重要的角色。我们不会涉及薛定谔方程的求解，而是聚焦于能量量子化如何影响材料的光学特性，以及如何利用这一特性来设计新型光学器件和成像系统。 第二章：材料的内在奥秘——从微观结构到宏观性能的转化 材料是工程的血肉，它们的性能决定了设计的边界。本章将深入探究材料的微观结构，例如晶体结构、原子键合方式以及缺陷的存在，如何直接决定了材料的宏观性能，如强度、韧性、硬度、导热性、导电性以及耐腐蚀性。 我们将探讨不同原子之间的化学键合方式，如离子键、共价键和金属键，它们是如何影响材料的熔点、硬度和延展性的。例如，陶瓷材料中强烈的共价键赋予了它们极高的硬度和耐高温性，但同时也使其脆性增加。金属材料中自由电子的流动，则赋予了它们优异的导电性和延展性。 本章的重点在于，如何通过理解和调控材料的微观结构，来实现材料性能的优化和创新。例如，晶格缺陷，如位错和空位，虽然听起来是“不完美”，但它们在金属材料的塑性变形中起着至关重要的作用。工程师可以通过热处理、形变强化等手段，精确地调控这些缺陷的密度和分布，从而提升材料的强度和韧性。 我们还将介绍合金的形成及其对性能的影响。通过将两种或多种元素以特定比例熔炼在一起，可以获得单一元素无法比拟的性能。例如，不锈钢的出现，就是通过在铁中加入铬和镍，显著提高了其耐腐蚀性。我们不会深入研究相图的热力学计算，而是聚焦于合金成分和热处理工艺如何影响其微观组织，进而实现期望的宏观性能。 此外，本章还将触及高分子材料的分子链结构和堆积方式，如何影响其弹性、强度和耐化学性。纳米材料的出现，则为材料科学带来了革命，其在微观尺度的独特性能，为开发超强度、超导电性或超高催化活性的新型材料提供了可能。我们将探讨纳米颗粒的表面效应、量子尺寸效应等，以及如何利用这些效应来设计功能性纳米材料，例如用于药物传递、催化反应或高性能复合材料。 第三章：能量转换的精准艺术——从热能到电能，再到动能的无缝对接 能量的有效转换是工程的核心目标之一。本章将重点解析各种能量形式之间的转化机制，以及如何在工程实践中实现高效、绿色的能量转换。 我们将从最基本的传热学原理入手，探讨热能的传导、对流和辐射，以及它们在各种工程设备中的应用，例如热交换器、锅炉和内燃机。重点将放在如何通过优化设计和材料选择，最小化能量损失，提高热效率。 随后，我们将深入探讨电能的产生与利用。这包括发电机和电动机的工作原理，它们如何将机械能转化为电能，反之亦然。我们不会涉及复杂的电磁场理论方程，而是聚焦于磁场与导体相互作用产生的力，以及如何利用这一原理来设计高效的电机和发电机。 本章的另一大重点将是热电转换。即如何利用温差直接产生电能，或利用电流驱动温差。我们将介绍塞贝克效应和帕尔帖效应，并探讨其在废热回收、制冷技术以及太空探测器电源等领域的应用。理解这些效应的微观机制，能够帮助工程师们设计出更紧凑、更高效的热电器件。 此外，我们还将探讨化学能转化为电能的技术，例如燃料电池。我们将重点介绍不同类型的燃料电池（如质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池）的工作原理，以及它们在清洁能源领域的潜力。理解电化学反应在电极表面的过程，以及离子在电解质中的传输，是设计高性能燃料电池的关键。 最后，本章将触及能量储存技术，如电池和超级电容器。我们将介绍它们的基本工作原理，以及如何通过材料科学的进步来提高能量密度、功率密度和循环寿命。例如，锂离子电池的充放电过程，涉及到锂离子的嵌入和脱出，以及电子在电极材料中的传输。理解这些微观过程，对于设计下一代高效储能设备至关重要。 第四章：精密制造的微观尺度——尺度控制下的工程创新 精密的制造能力是实现复杂工程设计的前提。本章将聚焦于如何在微观和纳米尺度上实现对材料和结构的精确控制，从而制造出具有特定功能和高性能的器件。 我们将探讨先进的加工技术，例如光刻、电子束加工和聚焦离子束加工。这些技术能够实现亚微米甚至纳米级别的图形化和材料去除，从而制造出微电子器件、微机电系统（MEMS）和纳米传感器。我们不会深入探讨光刻胶的化学反应机理，而是聚焦于如何通过精确的光照或电子束扫描，在材料表面形成所需的图案。 本章还将介绍增材制造（3D打印）技术，特别是那些能够实现高精度和多材料打印的技术。例如，激光选择性烧结（SLS）和立体光刻（SLA）等技术，允许工程师逐层构建复杂的几何形状，并集成不同的材料，从而实现定制化的零件制造和功能集成。我们将探讨不同打印工艺如何影响材料的微观结构和最终性能，以及如何通过优化打印参数来获得最佳结果。 此外，我们还将关注表面工程技术。例如，薄膜沉积技术，如物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），允许工程师在材料表面形成具有特定功能的薄层，例如提高硬度、耐磨性、导电性或光学特性。理解原子在基底表面的生长和成膜过程，是设计高性能涂层的关键。 最后，本章将探讨微流控技术。这是一种在微米尺度上对流体进行操控的技术，在生物医学、化学分析和材料合成等领域有着广泛的应用。我们将介绍微通道的设计、流体在微通道中的行为，以及如何利用微流控技术实现高效的混合、分离和反应。 总结 本书旨在揭示那些隐藏在“核”字背后的工程原理，并展示它们如何以一种更广泛、更普遍的方式，深刻地影响着我们所处的工程世界。从微观粒子的运动规律，到材料的内在结构，再到能量的高效转换，以及最终的精密制造，这些看似独立的领域，实则紧密相连，共同构成了现代工程创新的基石。通过对这些基本原理的深入理解，工程师们将能够更具创造性地解决问题，设计出更高效、更可持续、更具前瞻性的解决方案，从而推动科技的进步，塑造更加美好的未来。

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