Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied to Science, Industry and Medicine pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Bolton, Paul R. (EDT)/ Bulanov, Sergei V. (EDT)/ Daido, Hiroyuki (EDT)

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2009-8

价格:$ 267.81

装帧:

isbn号码:9780735406902

丛书系列:

图书标签:

• 激光等离子体
• 相对论等离子体
• 激光加速
• 激光辐射
• 等离子体诊断
• 工业应用
• 医学应用
• 科学研究
• 高能量密度物理
• 激光物理

探索光影交织的物质奇迹：一本关于高能等离子体及其广泛应用的开创性著作 在物理学的宏大叙事中，等离子体，这被誉为物质第四态的奇特存在，始终以其复杂多变和蕴藏的巨大能量吸引着科学家们的目光。而当激光这束极致凝聚的光能量与物质相遇，一场更为震撼的变革便由此而生——激光驱动的相对论性等离子体。这本书，便是对这一前沿领域进行深度探索的结晶，它不仅揭示了这些极端条件下等离子体的迷人物理现象，更以前瞻性的视角，描绘了其在科学研究、工业生产乃至医学治疗等诸多领域中，所展现出的不可估量的应用潜力和革命性突破。 本书的宏伟蓝图，首先铺陈开的是激光驱动相对论性等离子体背后深邃的物理原理。作者将带领读者穿越物质微观的混沌，领略当高强度激光束轰击物质时，所激发的电子和离子以接近光速的速度加速，形成一种高度电离、充满活力的等离子体状态。这种状态下的等离子体，其行为已不再遵循经典物理的范畴，而是被相对论效应所深刻影响。书中的章节将细致阐述诸如激光与等离子体相互作用的动力学过程，激光能量如何有效地转移到等离子体粒子中，以及由此产生的时空畸变和能量集中效应。从非线性波传播到粒子加速机制，从辐射产生与传播到磁场动力学，每一个环节都被严谨地剖析，力求让读者对这一复杂系统的内在逻辑获得深刻的理解。 激光与等离子体的相互作用并非一成不变，而是呈现出丰富多彩的非线性动力学行为。本书将深入探讨诸如参量不稳定性、激光参量放大、以及等离子体中的湍流现象等关键问题。读者将了解到，在极高的激光强度下，线性的相互作用模型已不足以描述实际情况，非线性效应变得至关重要，并主导着能量的转化和粒子动力学的演化。例如，参量不稳定性如何将激光能量转化为等离子体波，进而加速粒子；激光参量放大机制又如何能够实现激光脉冲的压缩和能量的提升。这些复杂的物理过程，都将在书中得到生动的阐释和深入的探讨，为理解极端等离子体的形成和演化提供坚实的理论基础。 粒子加速是激光驱动等离子体研究中最具吸引力的方向之一。当激光能量被有效地耦合到等离子体中时，它可以将电子和离子加速到极高的能量水平，远超传统粒子加速器的能力。本书将系统介绍当前主流的激光等离子体粒子加速机制，包括激光驱动的电子加速，如激光等离子体皮秒加速器（LPPA）和激光尾波场加速（LWFA），以及质子和重离子等强子的加速。作者将详细讨论这些加速器的工作原理，分析其在束流质量、能量 spread 和重复频率等方面的优势与挑战，并展望其在下一代高能物理研究、核医学成像和放射治疗等领域的巨大潜力。 在极端物理条件下，等离子体辐射的产生与传播是另一项重要的研究内容。高能粒子在等离子体中的运动会产生各种形式的电磁辐射，从X射线到伽马射线，甚至到更高能的粒子束。本书将深入探讨激光驱动等离子体中的同步辐射、轫致辐射、以及粒子与激光场的相互作用产生的相干辐射等。这些辐射具有高亮度、短脉冲、宽能谱等特点，在材料科学、生命科学、以及基础物理探测等领域具有不可替代的应用价值。作者还将讨论如何通过优化激光参数和等离子体条件来控制和利用这些辐射。 此外，磁场在激光驱动等离子体中扮演着至关重要的角色。在强激光场的作用下，等离子体内部会自发产生强大的磁场，这些磁场反过来又会深刻影响等离子体的动力学演化和粒子加速过程。本书将详细阐述激光等离子体中磁场的产生机制，如霍尔效应、拉格朗日效应等，以及这些磁场对粒子束流的约束、对等离子体稳定性的影响，以及在天体物理过程中的类比研究。磁场的存在使得等离子体的行为更加复杂，但也为控制和引导粒子束流提供了新的途径。 除了基础物理的研究，本书的另一大亮点在于对激光驱动相对论性等离子体在各个实际应用领域的深入挖掘。 在科学研究方面，其应用是革命性的。例如，通过激光等离子体粒子加速器产生的高能粒子束和X射线源，可以为材料科学研究提供前所未有的探测工具。这些工具能够以前所未有的分辨率和时间精度研究物质的结构和动力学，从而加速新材料的设计与发现。在核物理领域，激光等离子体可以模拟极端天体环境，为理解宇宙的起源和演化提供新的视角。在基础物理研究中，它们更是提供了一个独特的研究平台，用于检验和拓展我们对基本物理定律的理解，例如在强场量子电动力学和黑洞物理等领域。 在工业生产领域，激光驱动等离子体的潜力同样令人瞩目。高能粒子束可以用于微纳加工，实现超精密制造，生产出性能更优越的芯片和器件。它们还可以用于材料改性，例如通过离子注入技术来改善材料的硬度、耐磨性和导电性，从而提升产品的性能和寿命。此外，激光等离子体产生的强X射线源，也为无损检测和先进成像技术提供了新的可能，能够穿透更厚的材料，提供更清晰的内部结构图像，在航空航天、能源等领域有着重要的应用前景。 在医学治疗方面，激光驱动相对论性等离子体更是展现出巨大的希望。利用激光等离子体加速器产生的质子和碳离子束，可以实现更精准、更高效的癌症放射治疗。与传统的X射线治疗相比，这些重粒子束具有更好的剂量分布特性，能够更精确地杀伤肿瘤细胞，同时最大限度地减少对周围健康组织的损伤，从而降低副作用。此外，激光等离子体产生的高能X射线和伽马射线，也可以用于先进的医学成像技术，如高分辨率的CT扫描和PET成像，为疾病的早期诊断和治疗方案的制定提供更准确的信息。在医学研究方面，这些技术也能用于开发新的药物递送系统和生物分子成像技术。 本书的写作风格力求严谨而清晰，既能满足资深研究人员对理论深度和技术细节的需求，也能引导初学者逐步走进这个前沿领域。作者在讲解过程中，不仅引用了大量最新的研究成果和实验数据，还辅以必要的理论推导和概念解释，确保内容的准确性和可读性。同时，书中也着重强调了不同应用领域之间的联系和交叉，旨在激发读者跨学科的思考，促进各个领域之间的协同发展。 通过本书，读者将能深刻理解激光驱动相对论性等离子体所蕴含的强大力量，它不仅仅是基础物理研究的璀璨明珠，更是连接科学、工业和医学的桥梁。这本书将成为所有对高能物理、粒子加速、等离子体科学以及其广泛应用感兴趣的研究人员、工程师和医生的宝贵参考资料，引领他们探索光影交织的物质奇迹，并为人类社会的进步贡献新的力量。这本书，是打开通往未来科技之门的钥匙，它将点燃探索的激情，照亮创新的道路。

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