Fundamentals of Nuclear Science and Engineering pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Shultis, J. Kenneth./ Faw, Richard E.

出品人:

頁數:520

译者:

出版時間:

價格:99.95

裝幀:HRD

isbn號碼:9780824708344

叢書系列:

圖書標籤:

• 核科學
• 核工程
• 核物理
• 反應堆
• 放射化學
• 輻射防護
• 同位素
• 核材料
• 中子物理
• 核能

聚焦於宇宙演化與物質起源的深度探索：來自早期宇宙的信號 本書旨在引領讀者深入探索宇宙學和粒子物理學的前沿領域，聚焦於宇宙大爆炸之後的最初瞬間，以及這些極端條件如何塑造瞭我們今天觀察到的物質結構和宇宙基本定律。我們將避開對核反應堆工程和常規核物理的詳細描述，轉而將目光投嚮更宏大、更基礎的物理學問題。 第一部分：極早期宇宙的物理圖景 本部分將構建一個關於宇宙起源的理論框架，著重於普朗剋時期到暴脹時代的物理學挑戰。 第一章：時空與引力的極限 我們將從廣義相對論的框架齣發，探討在極高能量密度下，經典引力理論麵臨的限製。重點討論量子引力效應在普朗剋尺度（$10^{19}$ GeV）的齣現，以及對引力子性質的初步推測。內容將涵蓋： 視界問題與平坦性問題： 引入這些經典宇宙學難題，為後續的暴脹理論奠定基礎。 背景幾何的量子漲落： 討論引力場在早期高能狀態下的不確定性，以及如何用量子場論的方法描述時空本身的演化。 時空概念的重構： 基於弦論或圈量子引力的初步概念（不涉及具體的技術細節推導），探討在最小尺度上，時間與空間是否仍然保持我們日常經驗中的連續性。 第二章：暴脹：宇宙的幾何擴張 暴脹理論是理解當前宇宙均勻性和各嚮同性的關鍵。本章將詳細剖析暴脹機製的物理驅動力——“暴脹子”場。 暴脹子的動力學： 描述暴脹子標量場（$phi$）的有效勢能（$V(phi)$），重點分析緩慢滾動的條件（Slow-roll conditions）如何保證指數膨脹的發生。 原初擾動的生成： 核心內容將是量子漲落如何通過暴脹過程被拉伸到宇宙學尺度，並轉化為原初的密度擾動。我們將計算這些擾動的功率譜的形狀，並將其與宇宙微波背景（CMB）觀測結果進行關聯（僅關注譜的形狀，不涉及核物理對豐度的影響）。 引力波的印記： 探討暴脹期間産生的原初張量擾動（引力波），及其在CMB上留下的“B模”偏振信號，作為暴脹理論的直接檢驗窗口。 第二章：物質的誕生：誇剋-膠子等離子體與對稱性破缺 一旦暴脹結束，宇宙溫度迅速下降，進入高能粒子物理的領域。本部分聚焦於基本粒子及其相互作用的演化。 第三章：重子物質的起源——重子生成（Baryogenesis） 本書將詳盡闡述如何從一個物質-反物質對稱的早期宇宙中，演化齣我們今天所見的顯著的物質過剩（約十億分之一的差異）。我們將嚴格遵循薩哈羅夫的三個條件，並分析不同模型的可行性，完全排除核反應堆相關的過程。 CP破壞的機製： 重點分析標準模型之外的CP破壞源，如超對稱模型（SUSY）或II型馬約拉納中微子相關的過程。 重子數守恒的打破： 探討規範玻色子在高溫下的非微擾過程（Sphalerons），它們如何通過高能熱力學平衡，將電荷宇稱（C）和宇稱宇稱（P）的破缺轉化為淨重子數的産生。 電弱期相變： 描述宇宙在約 $100$ GeV 時經曆的電弱對稱性破缺，以及這種相變如何影響後續重子數的“凍結”。 第四章：基本粒子的形成與宇宙中的輕子 本章將描述誇剋、膠子以及輕子（電子、中微子）如何在冷卻的宇宙中占據主導地位。 誇剋-膠子等離子體（QGP）： 詳細討論在 $10^{12}$ K 以上，誇剋和膠子處於自由狀態的物理描述。我們將采用量子色動力學（QCD）的格點模擬結果（或有效場論描述），而非傳統核物理中的束縛態模型。 手徵對稱性恢復與破缺： 分析溫度下降過程中，QCD 簡並態如何發生手徵對稱性破缺，導緻誇剋獲得質量，並最終凝結形成強子。 中微子的“凍結”與探測： 聚焦於宇宙中彌漫的中微子背景（CNB）。分析中微子振蕩如何影響它們的溫度演化，以及未來探測這些極低能中微子的實驗挑戰。 第三部分：早期宇宙的核閤成與結構形成（區彆於工程應用） 本部分雖然涉及核反應，但其目的純粹是為瞭解釋宇宙的元素豐度，而不是為瞭能源或材料科學。 第五章：原初核閤成（BBN）的宇宙學意義 我們將嚴格將BBN視為一個檢驗早期宇宙物理參數的工具，而不是一個反應堆模擬。 反應率的決定因素： 重點分析反應截麵（$langle sigma v angle$）在早期宇宙的特定能量（約 $1$ MeV）下的敏感性。討論強核力和電磁相互作用在超輕元素（氘、氦-3、氦-4、鋰-7）生成中的作用。 豐度的敏感性分析： 詳細展示氦-4的豐度對中子壽命和早期宇宙膨脹率（由暗物質和暗能量密度決定）的依賴性。這部分內容將著重於參數空間分析，而非具體的核反應堆堆芯計算。 鋰問題（Lithium Problem）： 深入討論觀測到的鋰-7豐度與標準BBN理論預測之間的顯著偏差，並探索可能的物理原因（如新的粒子衰變或修改的核反應）。 第六章：從等離子體到原子——復閤與宇宙的“光固化” 本章探討宇宙冷卻到約 $3000$ K 時，電子和原子核結閤的過程，這是光子能夠自由傳播的關鍵時刻。 復閤的薩哈公式： 使用熱力學方法計算氫原子和氦原子形成的平衡點，重點分析電子的有效質量和結閤能。 去耦時刻與最後散射麵： 確定電子與光子分離（光子退耦）的時間和紅移 $z approx 1100$。討論這個事件如何固定瞭我們今天觀測到的CMB的溫度。 原初密度擾動的演化： 描述在復閤之前，物質和輻射之間的耦閤如何導緻聲學振蕩（聲子模式），這些模式直接決定瞭CMB的溫度和極化各嚮異性。 本書旨在為讀者提供一個完整、連貫的、以基礎物理學為驅動力的早期宇宙敘事，從普朗剋尺度直至第一批原子的形成，徹底避開關於核能、反應堆設計、核材料或輻射防護等工程或應用層麵的討論。

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