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第1章 概述 1

1.1 学科领域的界定 1

1.2 等离子体科学与工程的重要性 2

1.3 等离子体科学与工程的选择重点 5

1.3.1 生物技术及健康护理 5

1.3.2 用等离子体尾场加速粒子 7

1.3.3 磁瓶中的聚变燃烧等离子体 8

1.3.4 磁重联与自组织 9

1.3.5 爆丸内的聚变点火 10

1.3.6 等离子体物理与黑洞 11

1.4 最新科学进展的关键主题 12

1.4.1 等离子体科学的预测能力 12

1.4.2 新的等离子体运行模式 13

1.5 等离子体研究的共同知识主线 13

1.6 主要结论和建议 15

第2章 低温等离子体科学与工程 21

2.1 引言及统一的科学原理 27

2.1.1 等离子体的加热、稳定性和控制 28

2.1.2 效率和选择性 28

2.1.3 随机的、混沌的和集体行为 28

2.1.4 等离子体与表面相互作用 28

2.1.5 尘埃和其他非理想介质中的等离子体 29

2.1.6 诊断和预测模型 29

2.2 最新进展和发展趋势 29

2.2.1 甚小面积和甚大面积等离子体在低气压和高气压条件下的产生、稳定性及其控制 30

2.2.2 等离子体与复杂表面的相互作用 31

2.2.3 复杂等离子体和液态等离子体中的湍性的、随机的和混沌的行为 31

2.2.4 等离子体行为的可靠的、定量的预言 32

2.2.5 弥散性高气压非平衡等离子体的突现 33

2.3 未来的机遇 33

2.3.1 等离子体与有机材料和活体组织之间的相互作用 33

2.3.2 混沌与随机过程中等离子体行为的描述方法 33

2.3.3 大面积、均匀、高气压等离子体的稳定性判据 34

2.3.4 高温稠密等离子体与表面的相互作用 34

2.3.5 灵活的非介入诊断技术 34

2.3.6 基础数据 35

2.4 国际前景 35

2.5 学术前景 37

2.6 产业前景 38

2.7 本领域的管理 39

2.8 主要结论和建议 40

第3章 高能量密度等离子体物理学 45

3.1 引言 45

3.1.1 高能量密度等离子体物理学的主要内容 45

3.1.2 使能技术与高能量密度科学 46

3.2 本项研究的重要性 48

3.2.1 经济与能源安全 49

3.2.2 国家安全 49

3.2.3 知识的重要性 49

3.2.4 教育和培训的作用 51

3.3 最新进展和未来的机遇 51

3.3.1 惯性约束聚变 52

3.3.2 核武器库存管理 56

3.3.3 温稠密物质和热稠密物质的性质 57

3.3.4 基于等离子体的电子加速器 60

3.3.5 天体物理现象的实验室模拟 62

3.3.6 高能量密度基础研究 63

3.4 应对挑战 66

3.5 主要结论和建议 67

第4章 磁约束聚变等离子体科学 71

4.1 引言 71

4.1.1 磁约束聚变研究的新时代 71

4.1.2 磁约束聚变概述 71

4.1.3 ITER及其他位形概念的改进 74

4.2 本项研究的重要性 76

4.3 最新进展和未来的机遇 77

4.3.1 宏观稳定性与动力学 78

4.3.2 微观不稳定性、湍流与输运 80

4.3.3 边缘区等离子体的性质与控制 84

4.3.4 聚变等离子体的波-粒相互作用 85

4.4 主要结论和建议 87

第5章 空间和天体等离子体 93

5.1 引言 93

5.2 最新进展和未来的机遇 94

5.2.1 宇宙中磁化等离子体结构的起源与演化机制 95

5.2.2 粒子在宇宙中加速 101

5.2.3 等离子体与非等离子体的相互作用 104

5.3 主要结论和建议 107

第6章 基础等离子体科学 111

6.1 引言 111

6.2 最新进展和未来的机遇 112

6.2.1 非中性等离子体和单成分等离子体 114

6.2.2 超冷电中性等离子体 115

6.2.3 尘埃等离子体 116

6.2.4 激光等离子体和高能量密度等离子体 117

6.2.5 微等离子体 119

6.2.6 湍流和湍性输运 119

6.2.7 发电机作用、磁重联和磁自组织 120

6.2.8 等离子体波、结构和流动 122

6.3 基础等离子体研究的改进方法 124

6.4 主要结论和建议 125

6.4.1 大学级别的研究 125

6.4.2 中等规模的装置 127

附录A 委员会的责任 129

附录B 国际热核聚变实验堆 131

附录C 国家点火装置 133

附录D 联邦政府对等离子体科学与工程研究的支持 135

D.1 能源部 136

D.1.1 能源部聚变能科学办公室 136

D.1.2 能源部／OFES对惯性聚变能和高能量密度物理的支持 136

D.1.3 能源部国家核安全管理局（NNSA） 137

D.1.4 能源部／高能物理办公室主管的先进加速器研究发展计划 138

D.2 海军研究办公室 138

D.3 国家科学基金会 139

D.3.1 工程 139

D.3.2 天文学 139

D.3.3 物理学 139

D.3.4 国家科学基金会（能源部）关于基础等离子体科学与工程的合作 140

D.4 国家航空航天局（NASA） 140

附录E 国家研究委员会关于等离子体科学的历届报告概述 141

附录F 委员会会议议程 147

F.1 第一次会议 147

F.2 第二次会议 148

F.3 第三次会议 149

F.4 第四次会议 149

附录G 委员会成员和工作人员简介 151

G.1 委员会成员 151

G.2 委员会工作人员 156