等离子体物理及其应用

《等离子体物理及其应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、等离子体物理与应用目录（一）引言：等离子体基本概念与状态（二）单粒子运动（三）等离子体中的反应（四）低温等离子体的发生（五）等离子体诊断（六）低温等离子体与成膜（七）等离子体CVD与等离子体聚合（八）低温等离子体表面改性主要参考书籍：等离子体物理导论，刘万东，中国科学技术大学等离子体与成膜基础，小沼光晴，德国马普固体研究所(一)等离子体简介一.什么是等离子体二.等离子体学科三.实验室等离子体四.高温等离子体五.低温等离子体一.什么是等离子体物质第四态等离子体产生带电粒子在电磁场中的运动等离子体的准中性和表征参数

2、平均自由程和碰撞频率等离子体鞘层等离子体的整体特性1.物质第四态在自然界，物质有四态：固态、液态、气态和等离子态。人们熟知：物质的固态、液态和气态对等离子态则鲜为人知。人类对等离子体的认识开始于19世纪30年代的气体放电研究。在20世纪初建立了等离子体概念：即由大量具有相互作用的带电粒子组成的宏观时空尺度（大于德拜屏蔽半径）的体系。等离子体是由于载能电子碰撞中性原子变成离子的结果沙哈方程:实验也证明,只有当kT>0.1eV时气体才有明显的电离复合0+e-1+e-等离子体产生的方法与电子的产生和加速密切联系在后面

3、分别介绍2.等离子体产生3.带电粒子在电磁场中的运动正离子和电子组成的电中性的流体当空间尺度<德拜半径就不能称为等离子体例如:电子束/离子束就不能称为等离子体粒子分布函数:密度(ne、ni、nn);电离度：ne/nn温度(Te、Ti)电子/离子的平均动能(1eV=12000°c)等离子体能量:nkT,低密度/低温等离子体能量很低;等离子体电位:(Vp)4.等离子体的准中性和表征参数CollisiontypeMeanFreePath电子-电子40m电子-氩(动量损失)50cm电子-氩(电离)5m电子-氩(二次电离

4、)100m氩-氩2cmFor5mtorrofargon(~300K)with5eVelectrons平均自由程是粒子在经受一次碰撞之前所行走的平均距离5.平均自由程和碰撞频率6.等离子体鞘层等离子体鞘层一直是等离子体理论和实验的研究热点高压鞘层瞬态鞘层7.等离子体的整体特性电阻和电导利用电阻进行欧姆加热等离子体中的扩散输运单极扩散:D~kT/m电子比离子快得多双极扩散:电子离子共同的扩散二.等离子体学科到70年代末，等离子体已发展成为一门独立的分支学科，其研究对象为：天体等离子体近地电离层空间等离子体人工产生的

5、实验室等离子体。三.实验室等离子体按其中带电粒子温度的相对高低，以及应用目标,可将实验室等离子体分为:高温等离子体：温度T在数十eV(几十万度)以上几乎完全电离,氢弹和可控核聚变；低温等离子体：温度T在数十eV(几十万度)以下部分电离<50%,各种工业应用.四.高温等离子体能源分为三大类:化石能源自然能源核能木材水力核裂变煤炭风力核聚变石油太阳能核能的现状与发展:重核裂变轻核聚变储量有限储量充足污染环境污染小不安全安全高温等离子体研究的主要目标氢弹-毁灭人类的最可怕的武器和平利用:高温等离子体条件下氘氚核聚变反

6、应产生的巨大能量,可以解决人类未来的能源问题D+T=He+n+14.5eV在海水D有极大的储量,1升海水~300升汽油聚变能是人类清洁而又无限的理想新能源聚变电站示意图五.低温等离子体低温等离子体的研究和应用目标极为广泛：利用低温等离子体条件下所具有的特殊的物理和化学性质形成了一些新技术，在材料、信息、能源、化工、冶金、机械、环保、军工、和航天等领域表现出了突出的优势。人们通常又把低温等离子体分成为：热等离子体（平衡态等离子体Ti~Te）；冷等离子体（非平衡态等离子体Ti<

7、离子体焊接与切割B.喷涂和表面改性C.等离子体合成与分解D.等离子体冶金和中间包加热E.等离子体炬燃烧废物开关电源焊接机；漏抗式电源空气等离子体切割机；大功率可控硅电源空气等离子体切割机；开关电源空气等离子体切割机；还可开发切割非金属材料的切割机。开关电源有广泛的推广应用前景。A.等离子体焊接与切割B.等离子体喷涂和表面改性电弧、等离子炬喷涂：对金属表面：可用直接电弧等离子体喷涂；对金属表面，特别是非金属表面可用双电极电弧等离子体喷涂。金属材料表面沾火非金属材料表面加工C.等离子体合成与分解合成粉、合成气、分解

8、、化合D.等离子体冶金和中间包加热电弧炼钢、各种有色金属冶炼；保持连铸中间包恒温。E.等离子体炬燃烧废物工作温度可达5000OC以上，几乎所有的有毒气体和粉体在如此高温下都可以分解为无毒的物质，并达到排放标准；助燃燃煤锅炉，降低硫排放两倍以上；还可以应用来助燃煤火炬，提高焚烧城市垃圾的温度，降低排气污染。大气压放电等离子体低气压放电等离子体2.冷等离子体及其应用A.大气压放电等离子体大