内容简介
译者序
在人类文明的浩瀚星河中，核能作为 21 世纪最具潜力的能量来源之一，始终扮演着开拓者与变革者的角色。它不仅把控了现代工业的脉搏，更在科学研究、环境保护乃至宇宙探索等多个维度描绘着未来的蓝图。本书正是在这样的背景下，由马克？普莱拉斯（Mark Prelas）教授精心编撰，为读者揭示了核能与激光科学交叉领域的一项重要技术。我有幸将这部著作翻译为中文，旨在为我国核能技术的发展与应用注入新的思考与动力。
核能，自人类发现之初，就以其几乎无穷无尽的能量潜力和对环境影响的双刃剑特性，成为全球关注的焦点。激光，作为 20 世纪的科技奇迹，其在信息传输、精密加工、医疗手术等领域的广泛应用，已深刻改变了人类的生活方式。本书正是在这两大科技里程碑的交汇点上，展开了一场关于能量转换效率极限、光源创新应用以及未来能源战略的深度对话。
核泵浦激光的研究始于 20 世纪 60 年代，最初是出于冷战时期军事竞争的需求。随着技术的不断成熟和应用领域的拓展，其背后的科学原理和技术细节逐渐成为国际科研界的研究热点。普莱拉斯教授正是在这一背景下，以其深厚的物理学功底和敏锐的科学洞察力，致力于核泵浦激光的研究。
本书首先从核能技术的宏观视角出发，系统回顾了核能的发展历程，特别是核能技术的和平利用，为读者铺垫了理解核泵浦激光技术的基础。普莱拉斯教授通过对核裂变、核聚变等基本原理的简明阐述，以及对现有核能利用技术的评述，展现了核能在解决全球能源危机、推动可持续发展方面承载的厚望。
随后，作者带领我们深入核泵浦激光技术的科学腹地。他不仅详细解析了核泵浦激光的工作原理，包括核反应堆的选择、激光介质的特性和能量转换效率的优化策略，还通过一系列精心挑选的案例分析，展示了这一技术从理论到实践的艰辛历程与丰硕成果。这一部分不仅考验着作者的专业知识，也要求作者具备将复杂概念通俗化的能力，以确保每位读者都能轻松掌握核心要义。
我们可以看到，尽管核泵浦激光技术潜力无限，但其实现之路并非坦途。首要遇到的难题便是安全问题。如何确保核反应过程安全可控，防止放射性物质泄漏，是技术应用前必须解决的关键。其次，激光介质的选择与优化，以及高效能量转换机制的设计，都需要将精密的实验与理论分析相结合。此外，高昂的研发成本和复杂的系统集成也是制约其商业化进程的重要因素。因此，科研人员正努力探索更安全、经济、高效的实施方案，以期核泵浦激光在更多实际场景中发挥作用。
在描绘核泵浦激光技术广阔应用前景的同时，普莱拉斯教授并未回避目前面临的挑战与限制，其潜在的军事用途，引发了社会各界对于和平使用该技术的广泛讨论。从安全防护、环境影响评估到经济成本分析，再到国际法律框架下的合规性讨论，书中均给予了关注。这种全面而客观的论述，不仅体现了科学探索的严谨性，也促使我们反思如何在科技进步与社会责任之间寻找最佳平衡点。如何确保科技成果不被滥用，保护人类免受其潜在危害，是所有科学家和社会成员共同的责任。
从书中可以感受到，核泵浦激光技术的应用前景广阔且深远。在国防领域，它可以用于开发新型的定向能武器，提高军事防御与攻击能力；在航天探索中，其强大的能量输出可作为深空通信的光源，增强信号传输的距离与质量；在医疗健康领域，精准的能量控制有望在癌症治疗、生物组织成像等方面发挥重要作用；在环境治理上，核泵浦激光的高效性能可应用于大气污染物的分解与监测，助力环保事业。此外，它还可能为核聚变能的高效利用开辟新路径，解决人类面临的能源危机等。
在翻译这本书的过程中，我深刻体会到科学的无限魅力和人类探索未知的不屈精神。对核泵浦激光技术的探索是人类智慧与勇气的象征，它不仅代表了科技的最前沿，更代表了人类对未来可能性的不懈追求。正如书中所述，每一项技术的革新都是人类文明向前迈出的一大步，而如何运用好这把双刃剑，让科技的光芒照亮人类社会的每一个角落，是我们共同面临的课题。
将这样一部作品翻译成中文，不单是文字的转换，更是一次文化和思想的交流。译者力求在保留原著风格与精髓的同时，使内容更加贴近中国读者的阅读习惯，让国内的科研工作者、工程技术人员乃至对核能与激光技术感兴趣的公众，都能够无障碍地接触到这一领域的最新进展。通过本书，我希望能够激发更多人对核能技术的关注与思考，鼓励跨学科的交流与合作，共同推动中国乃至全球在核能和平利用上的技术创新与应用拓展。
总之，本书不仅是一本介绍尖端科技的书籍，更是一份 “邀请函”，邀请每一位读者加入这场探索未知、挑战极限的科技盛宴。愿本书能够成为点燃你心中科学的 “火种”，一同见证并参与人类文明借助核能科技迈向更加辉煌未来的旅程。
译者
2024 年 8 月
Ⅲ
Ⅳ
目录
目录
第 1 章 核泵浦激光导论
1.1 简介
1.2 核泵浦激光
1.3 能量输入（驱动器）
1.3.1 光子源
1.3.2 电子群泵浦（如直流、射频、微波）
1.3.3 热炉泵浦
1.3.4 化学反应
1.3.5 离子束泵浦激光
1.3.6 裂变碎片泵浦激光
1.4 增益介质
1.5 三级和四级激光
1.6 激光中的能量积聚
1.7 荧光实验
1.8 总结
习题
参考文献
第 2 章 辐射与物质的相互作用
2.1 裂变碎片
2.2 α 粒子
2.3 β 粒子与正电子
2.4 中子
2.5 γ 射线
2.6 尺度长度匹配
2.7 能量沉积
2.8 空间能量分布
2.9 总结
习题
参考文献
第 3 章 激光直接能量转换原理
3.1 简介
3.2 面源
3.3 体源
3.4 多相激光系统
3.5 面源、体源和多相源的对比
3.6 能量转换
3.6.1 激发原子和分子态（激光）产生的物理因素
3.7 核驱动闪光灯
3.8 中子源
3.8.1 加速器中子源
3.8.2 放射性同位素中子源
3.8.3 基于裂变反应堆的中子源
3.9 功率密度
3.10 总结
习题
参考文献
第 4 章 核泵浦激光
4.1 简介
4.2 热核爆炸
4.3 放射性同位素
4.4 核泵浦激光（NPL）的研究
4.4.1 核泵浦激光器
4.5 总结
习题
第 5 章 反应堆与激光耦合
5.1 简介
5.2 设计与构建核泵浦激光系统
5.3 激光介质（相）
5.3.1 气体
5.3.2 液体
5.3.3 固体
5.4 燃料相
5.4.1 固体
5.4.2 液体燃料
5.4.3 气体燃料
5.5 反应堆 / 激光耦合
5.5.1 固体–气体（最常见）
5.5.2 固体–液体
5.5.3 固体–固体
5.5.4 液体–气体
5.5.5 液体–液体
5.5.6 液体–固体
5.5.7 气体–气体
5.5.8 气体–液体
5.5.9 气体–固体
5.5.10 间接耦合（光解）
5.6 反应堆临界
5.7 反应堆 / 核泵浦激光系统设计
5.7.1 Sandia 快中子脉冲堆 / 次临界核泵浦激光器和气体动力 CO 核泵浦激光器设计（1974—1976 年）
5.7.2 美国航空航天局 UF?燃料反应堆 / 核泵激光设计（1979 年）
5.7.3 密苏里大学反应堆 / 核泵浦激光系统研究（1982—1987 年）
5.7.4 密苏里大学光解核泵浦激光设计（1981—1991 年）
5.7.5 密苏里大学直接驱动核泵浦半导体激光器（2013 年）
5.7.6 密苏里大学热泵浦二氧化碳激光器（2014 年）
5.7.7 苏联和俄罗斯的反应堆 / 核泵浦激光器设计（1985—2007 年）
5.8 总结
习题
参考文献
第 6 章 应用
6.1 简介
6.2 战略防御先制（“星球大战”）计划
6.2.1 系统评估
6.2.2 北极雪橇轨道激光武器平台
6.3 激光推进
6.4 小行星偏转
6.5 天基采矿
6.6 能量束射
6.7 核泵浦激光技术的近期应用
6.8 总结
习题
参考文献
附录 A1 中子共振参数和热截面的中子截面
参考文献
附录 A2 等离子体基础
A2.1 等离子体的组成
A2.1.1 中性粒子
A2.1.2 带电粒子
A2.1.3 激发态组分与光子
A2.1.4 组分之间的相互作用
A2.1.5 电子
A2.2 放电的基础理论
A2.2.1 郎之万方程
A2.2.2 基本定义
A2.2.3 能量平衡、电子温度和能量弛豫
A2.3 定义
A2.3.1 截面
A2.3.2 平均自由程
A2.3.3 碰撞频率
参考文献
附录 A3 麦克斯韦–玻尔兹曼分布函数
A3.1 麦克斯韦分布
附录 A4 部分元素与化合物的热中子（2200m/s）截面
参考文献
