基本信息
书名：高功率微波系统中的击穿物理
定价：138.00元
作者：常超
出版社：科学出版社
出版日期：2017-12-01
ISBN：9787030459268
字数：
页码：
版次：31
装帧：平装
开本：128开
商品重量：0.4kg
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内容提要
本书是作者根据在高功率微波(HPM)击穿领域近10年的科研工作实践,结合外研究成果编写而成,是一部多学科交叉的综合术著作.全书共8章:章为绪论;第2~3章是关于HPM产生及传输器件真空表面击穿的理论及实验;第4~5章详细阐述了真空介质面HPM倍增击穿的理论、实验及诊断研究;第6~7章深入系统地介绍了周期性表面结构和谐振磁场提高输出窗真空击穿阈值的原理和方法;第8章是关于输出窗大气侧以及大气传输过程中HPM击穿的研究.
目录
作者介绍
文摘
序言
《高功率微波系统中的击穿物理》 深入探索高能量脉冲的极限疆域 高功率微波（HPM）技术，作为现代科学技术前沿的重要分支，以其巨大的能量密度和独特的作用机理，在国防、通信、材料科学、甚至基础物理研究等诸多领域展现出革命性的潜力。而理解和控制HPM系统中的核心物理现象——击穿，则是解锁其全部潜能的关键。本书《高功率微波系统中的击穿物理》便致力于为读者深入剖析这一复杂而迷人的领域。 本书并非对HPM系统进行泛泛的介绍，也非仅仅罗列技术参数。它直击HPM系统的“心脏”——高强度电磁场诱导下的材料介质击穿过程。我们将抛开那些流于表面的概念，深入到微观层面，探讨在极端电磁环境下，物质的物理属性如何发生根本性改变，以及由此引发的一系列连锁反应。 核心内容概览： 第一部分：高功率微波基础与击穿现象引入 在深入探讨击穿物理之前，本书首先为读者构建起坚实的基础。我们将从高功率微波的产生机理入手，简要介绍当前主流的HPM源技术，如速调管、回旋管、行波管等，并重点阐述它们所能产生的微波场强、频率、脉冲宽度等关键参数的特点。这些参数的取值直接决定了后续击穿现象的发生概率和形态。 接着，我们将定义和分类高功率微波系统中的击穿现象。这不仅仅是简单的“放电”，而是包含了在强大电磁场作用下，介质（无论是真空、气体还是固体材料）的介电强度被突破，导致导电性急剧增强，能量快速耗散的复杂过程。我们将区分不同类型的击穿，例如： 真空击穿： 在高真空环境中，即使是微量的杂质、表面缺陷或微小电场畸变，都可能引发电子发射、场致发射，最终导致电流的突然增大和放电。这在真空电子器件和粒子加速器等领域至关重要。 气体击穿： 在气体介质中，强大的微波场能够加速气体分子或原子电离，形成等离子体。我们将会深入研究不同气体（如空气、惰性气体）在不同压力和电场强度下的电离过程，包括碰撞电离、场致电离等机制，以及由此产生的辉光放电、电弧放电等。 固体介质击穿： 这是HPM系统中最具挑战性的击穿类型之一。当微波能量作用于固体材料（如绝缘子、半导体、甚至金属表面）时，可能引发介电击穿、热击穿、电泳击穿等多种机制。本书将详细分析这些机制的物理过程，以及材料成分、结构、温度、频率等因素的影响。 第二部分：微观物理机制的深度解析 理解宏观击穿现象的根本在于剖析其背后的微观物理机制。本部分将是本书的“重头戏”，我们将逐一攻克： 电子动力学与场致发射： 在高强电场下，电子的行为是击穿过程的“启动者”。我们将详细讨论费尔腾-诺德海姆（Fowler-Nordheim）场致发射理论，并分析其在高功率微波场下的适用性和修正。此外，我们还将探讨二极管模型和多电子发射模型，以更准确地描述在微波加速下的电子流产生和增强过程。 等离子体产生与演化： 对于气体和部分固体介质，击穿必然伴随着等离子体的形成。本书将深入研究电子碰撞电离的微观过程，包括电子能量分布函数（EEDF）的计算和演化。我们将分析等离子体密度、温度、组分等参数如何随时间和空间变化，以及等离子体不稳定性（如鞘层不稳定性、射频击穿不稳定性）的作用。 能量传递与耗散： 击穿的本质是能量的快速传递和耗散。我们将研究微波能量如何耦合到介质中，以及束缚电荷的加速和碰撞如何转化为热能、光能和声能。对于固体材料，我们将分析焦耳热效应、焦耳-汤姆逊效应以及其他热诱导击穿机制。 材料响应与损伤： 击穿不仅是一个瞬态过程，它还会对材料本身造成不可逆的损伤。本书将探讨微波诱导的材料结构变化，例如晶格缺陷的产生、相变的发生、甚至熔化和蒸发。我们将分析不同材料（陶瓷、聚合物、金属氧化物等）在高功率微波作用下的击穿阈值、击穿模式以及损伤形态。 第三部分：多物理场耦合与建模仿真 现实中的HPM系统击穿往往不是单一物理过程主导，而是多种效应的复杂耦合。本书将把视角从微观机制提升到宏观系统的层面： 电磁场与介质相互作用： 我们将研究微波场的分布如何受到介质特性（介电常数、损耗角正切、电导率等）的影响，以及击穿一旦发生，介质的电磁参数如何发生动态变化，这又反过来影响微波场的传播，形成一个复杂的反馈回路。 热-电-磁耦合： 很多击穿过程都伴随着强烈的热效应。例如，介质损耗产生的热量会降低材料的绝缘性能，加速击穿；而击穿产生的高温又会改变材料的介电常数和电导率，进一步影响电磁场的分布。本书将探讨这些多物理场之间的耦合关系。 数值模拟与计算方法： 为了精确预测和理解HPM系统中的击穿行为，数值模拟扮演着至关重要的角色。本书将介绍常用的数值计算方法，包括有限元方法（FEM）、有限时域差分法（FDTD）、粒子 in cell (PIC) 方法等，以及如何利用这些方法构建多物理场耦合模型来仿真击穿过程。我们将讨论模型的构建思路、参数选择以及结果的解释。 实验测量与诊断技术： 理论和仿真需要实验的验证。本书将简要介绍高功率微波击穿现象的实验研究方法，包括击穿阈值的测量、放电过程的诊断（如高速摄影、光谱分析、电磁辐射探测等）以及材料损伤的表征。 第四部分：工程应用中的击穿现象与控制策略 最终，对击穿物理的深入理解是为了更好地应用和控制HPM技术。本书的最后部分将聚焦于工程实践： HPM系统中的击穿失效模式： 我们将结合实际应用场景，分析HPM系统中常见的击穿失效模式，例如高压接头处的击穿、馈线绝缘子的击穿、腔体壁面的击穿、以及目标材料被击穿后的毁伤效应。 击穿阈值评估与设计考量： 如何在系统设计阶段就评估和预测击穿风险？本书将提供相关的评估方法和设计准则，帮助工程师在设计HPM系统时，充分考虑材料选择、结构优化、电场分布控制等因素，以提高系统的可靠性和鲁棒性。 抑制与控制击穿的技术： 了解击穿机制后，我们就能发展出抑制和控制击穿的技术。这可能包括：采用高介电强度材料、优化电场分布以避免电场集中、控制工作环境（如真空度、气体成分）、引入梯度电场设计、以及开发主动反馈控制机制等。 未来研究方向展望： 随着HPM技术的不断发展，新的挑战和机遇也在不断涌现。本书将对未来高功率微波击穿物理的研究方向进行展望，例如超强超短脉冲微波的击穿效应、新型功能材料的击穿特性、人工智能在击穿预测与控制中的应用等。 本书的特色与价值： 理论与实践的深度融合： 本书不仅深入探讨了击穿现象的微观物理机制，还紧密结合了HPM系统的工程应用，提供了实用的设计思路和控制策略。 体系化、系统化的知识架构： 从基础概念到前沿研究，本书构建了一个完整、清晰的知识体系，帮助读者建立起对HPM击穿物理的全面认知。 面向研究者和工程师： 本书内容严谨，既能满足科研人员深入探索理论的需求，也能为HPM系统的设计、开发和应用工程师提供宝贵的参考。 启发性与前瞻性： 通过对前沿问题的探讨，本书旨在激发读者的研究兴趣，引导未来HPM击穿物理领域的研究方向。 《高功率微波系统中的击穿物理》是一部致力于揭示高能量脉冲极限疆域奥秘的力作。它将带领您穿越复杂的物理方程和抽象的理论模型，最终抵达对高功率微波击穿现象的深刻理解，为推动HPM技术的创新与发展贡献力量。
这本书的价值，不仅仅体现在理论的阐述上，更在于它对工程实践意义的深刻洞察。高功率微波系统的应用领域极其广泛，而击穿正是制约其性能和可靠性的核心瓶颈之一。书中对于不同材料在超高场强下的响应特性分析得极其透彻，这对于设计出更耐用、性能更稳定的设备至关重要。我特别关注了关于介质表面效应和电极几何形状对初始放电阈值影响的那部分讨论，作者给出的分析角度非常新颖，直接指向了实际设计中的优化方向。这种理论联系实际的紧密结合，让这本书从“学术玩具”上升到了“工程利器”的层面，是真正能指导科研和生产的宝贵资料。