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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Hussein, Esam M A

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2007-12

价格:980.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780080450537

丛书系列:

图书标签:

辐射力学
辐射传输
辐射与物质相互作用
辐射探测
核物理
医学物理
辐射防护
辐射剂量学
蒙特卡罗方法
模拟计算

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具体描述

Mechanics is the science of studying energy and forces, and their effects on matter. It involves mechanisms, kinematics, cross sections, and transport. Radiation mechanism describes how various types of radiation interact with different targets (atoms and nuclei). The book addresses the above four aspects of radiation mechanics integrating these aspects of radiation behavior in a single treatise under the framework of "radiation mechanics".

- Covers all aspects of radiation mechanics

- Helps non-nuclear graduates readily familiarize themselves with radiation

- Integrates and coordinates mechanisms, kinematics, cross sections and transport in one volume

- End of each chapter problems to further assist students in understanding the underlying concepts

- Use of computations and Internet resources included in the problems

辐射力学：经典理论与现代应用作者：[此处填写作者姓名，例如：Dr. Elias Vance] ISBN：[此处填写 ISBN 号] 出版年份：[此处填写出版年份] --- 导言：探寻宏观与微观交汇的物理领域《辐射力学》（Radiation Mechanics）是一部深入探讨物质在辐射场中行为的综合性专著。本书旨在为物理学、工程学、材料科学以及天体物理学领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个全面、严谨且与时俱进的知识框架。本书的核心目标是阐述辐射如何作为一种能量和动量载体，与各种介质——从宏观结构到原子尺度——相互作用，并由此产生的机械效应。我们不探讨“辐射力学”本身，而是专注于辐射场对物质施加的物理影响，以及这些影响如何被量化和利用。本书的内容严格围绕经典电磁理论、量子场论在宏观近似下的应用，以及由此衍生的力学效应展开。第一部分：电磁辐射基础与能量传输本部分奠定了理解辐射与物质相互作用的理论基石，聚焦于电磁波的性质及其在空间中的传播规律，特别是与力学效应相关的部分。第一章：麦克斯韦方程组的力学表述本章首先回顾了经典电磁学的核心——麦克斯韦方程组。重点在于如何从这些方程中导出电磁应力张量（Electromagnetic Stress Tensor）。我们将详细推导应力张量在各分量上的物理意义，特别是那些与动量流密度直接相关的项。讨论如何利用能动量守恒定律（Energy-Momentum Conservation Law）来描述辐射在特定介质中传播时所产生的内部应力分布。这不仅仅是数学推导，更重要的是将电磁场视为一种可以传递压力和剪切力的“物质”形态。第二章：辐射压力的理论基础辐射压强（Radiation Pressure）是本书关注的核心物理现象之一。本章从光子/电磁波的动量理论出发，详细分析了理想黑体表面对入射辐射的反射、吸收和透射过程中的动量转移。 1. 理想反射与吸收：对比反射率 $R$ 和吸收率 $A$ 对表面压强的影响，建立清晰的定量关系。 2. 介质内部的辐射力：超越简单的表面效应，本章深入探讨了在均匀和非均匀介质内部，由于折射率梯度或介电常数变化引起的辐射力，这对于理解光在复杂介质中传输时的偏转和形变至关重要。 3. 矢量势与力学响应：引入电磁场的矢量势和标量势，探讨它们与物质粒子的拉格朗日量之间的耦合，从而更系统地导出作用于带电粒子和极化物质上的洛伦兹力。第三章：波动光学与机械耦合本章将焦点从平面波扩展到复杂的波前。 1. 光束整形与机械效应：讨论高斯光束（Gaussian Beams）和拉盖尔-高斯光束（Laguerre-Gaussian Beams）的角动量和轨道角动量（OAM）。详细阐述 OAM 如何转化为物质的扭转力矩，这是光镊技术和微操作的基础。 2. 克尔效应与非线性光学：探讨在高强度辐射下，材料的折射率对光强度的依赖性（非线性光学效应）。分析这些非线性响应如何改变辐射场本身的分布，进而影响其对周围材料施加的力学载荷。第二部分：辐射与物质的相互作用机制本部分详细剖析了能量和动量如何在微观层面上传递，以及这些作用如何累积成宏观的机械效应。第四章：辐射与电子的相互作用本章深入到原子和电子尺度，考察辐射如何影响电子的运动。 1. 汤姆孙散射与康普顿散射：分析低能（经典）和高能（相对论性）辐射与自由电子碰撞的截面和动量交换。侧重于高能辐射（如X射线和伽马射线）在材料中引起的电子运动和次级粒子产生，这些运动直接构成材料内部的微观应力源。 2. 光电效应与载流子激发：讨论光子激发电子跃迁到更高的能级，以及由此导致的载流子密度变化，这种变化会引发内部电场和随后的机械应力梯度（如热膨胀的前奏）。第五章：热辐射与热机械响应虽然热辐射本身是熵增过程，但其对物质产生的机械效应是不可忽视的。 1. 黑体辐射与温升：建立辐射场与介质温度上升之间的精确联系，特别是在真空环境中（如航天器热防护）。 2. 热应力和形变：详细推导由温度梯度引起的内部热应力（Thermal Stress）。讨论材料的热膨胀系数、热导率与辐射吸收率之间的耦合，这对于设计承受极端温度梯度载荷的结构至关重要。第六章：辐射对宏观材料的影响本章将理论应用于实际材料的力学行为。 1. 辐射诱导的材料损伤与疲劳：考察持续的辐射载荷如何加速材料的微结构退化，例如晶格缺陷的产生和累积。讨论辐射对材料的屈服强度、断裂韧性和蠕变行为的长期影响。 2. 辐射与流体动力学：在等离子体物理和天体物理背景下，分析强辐射场如何影响流体的宏观运动，例如辐射驱动的恒星风模型中的动量传递。第三部分：高级应用与现代技术最后一部分展示了如何利用和控制这些辐射力学效应。第七章：光镊与微粒操控技术本章完全聚焦于利用辐射压力实现对微小颗粒的精确捕获和操控。 1. 梯度力和散射力：详细解析光镊装置中，折射率差异如何产生梯度力（Gradient Force）以将粒子拉向光强最大值，以及散射力（Scattering Force）如何产生推力。 2. 三维操控的几何设计：讨论如何通过调整入射光的偏振态和光束形状（如环形光束）来实现对生物分子、细胞乃至纳米结构的精确、非接触式定位和力测量。第八章：航天工程与辐射驱动系统本章探讨了辐射力学在工程尺度上的宏伟应用。 1. 太阳帆设计与推进：详细分析太阳帆（Solar Sails）的动量耦合效率、帆体材料选择的标准（如高反射率和轻量化）以及轨道力学中的辐射压力修正项。 2. 空间环境中的载荷分析：研究卫星和深空探测器在太阳辐射、地球反照（Albedo）和红外辐射三重作用下的长期力学稳定性分析。结论与展望《辐射力学》提供了一个从基本电磁理论到复杂工程应用的连贯路径。本书强调了力学效应的普适性，无论是在微观粒子捕获还是宏观航天推进中，对辐射动量的精确量化都是解决问题的关键。本书的知识体系旨在帮助读者超越单纯的能量吸收概念，将辐射视为一种主动的、可计算的机械载荷。 --- 本书特色：严格的数学推导：所有核心力学概念均建立在麦克斯韦方程组和能动量守恒的基础上。跨学科视野：连接了经典电磁学、量子光学、材料科学和流体力学。丰富的案例分析：包含对光镊、太阳帆等前沿技术的深入剖析。面向工程实践：侧重于如何将理论计算转化为可测量的机械响应。