物理学的新技术(等离子体技术)ppt课件.ppt

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1、第十八章物理学与新技术18—1等离子体与受控核聚变主要内容等离子体物理及学科等离子体概念和基本性质等离子体物理学科发展史及研究领域等离子体主要应用领域低温等离子体应用冷等离子体应用－热等离子体应用－军事与高技术应用聚变等离子体磁约束聚变－惯性约束聚变主要内容等离子体物理及学科等离子体概念和基本性质等离子体物理学科发展史及研究领域等离子体主要应用领域低温等离子体应用冷等离子体应用－热等离子体应用－军事与高技术应用聚变等离子体磁约束聚变－惯性约束聚变空间与天体等离子体什么是等离子体由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系处于电离状态的气体。电子的负电荷总数和离子的正电荷总数数值上相等，宏

2、观上呈电中性。整个宇宙约有99.9%以上的物质处于等离子体状态。等离子体是物质第四态固体冰液体水气体水汽等离子体电离气体温度00C1000C100000C电离气体是一种常见的等离子体放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式等离子体电离气体普通气体等离子体放电需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体性质。“电性”比“中性”更重要(电离度>10-4)地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器

3、件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹宇宙中99％物质处于等离子体态人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只能存在于远离人群的地方，以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。密度(cm-3)温度(度)太阳核心磁约束聚变霓虹灯北极光火焰闪电日冕氢弹星际空间荧光气体液体固体人类居住环境惯性聚变星云太阳风等离子体参数空间等离子体分类冷等离子体T

4、e≠Ti,Ta热等离子体Te＝Ti,Ta电弧、碘钨灯极光、日光灯电子温度100000C1eV聚变、太阳核心高温等离子体低温等离子体等离子体特性磁场冻结效应等离子体内感应电流的磁场可抵消或补偿外部磁场引起的变化，从而保持等离子体内磁场不变。等离子体磁镜效应带电粒子具有被推向磁场较弱区域的趋势等离子体物理学科发展简史19世纪30年代起放电管中电离气体，现象认识建立等离子体物理基本理论框架20世纪50年代起受控热核聚变空间技术等离子体物理成为独立的分支学科20世纪80年代起气体放电和电弧技术发展应用低温等离子体物理发展等离子体物理主要研究领域低温应用等离子体冷等离子体热等离子体聚变等离

5、子体磁约束聚变惯性约束聚变空间和天体等离子体冷等离子体应用等离子体的化学过程刻蚀化学气相沉积（成膜）等离子体材料处理表面改性灭菌消毒表面冶金光源冷光源（节能，线光谱）气体激光器等离子体显示器低温等离子体应用电子能量（eV）远大于分子键能（0.1eV）非热平衡等离子体，背景温度低，电子温度高，存在大量的活性粒子纳米尺度上针尖状表面特征类金刚石表面制造实验室与日本原子力所先进科学研究中心合作，开展了非平衡薄膜表面制造的研究，成功地制备了纳米尺度的针状表面、波纹表面，树枝状表面、正弦表面等表面结构，其中波纹表面，是应用薄膜生长过程的自组织过程中直接形成的。（J.Chem.Phys.116

6、,10458，2002）纳米尺度上波纹状表面树枝状表面大面积正弦表面低温等离子体应用毫米级厚金刚石片制备研究应用PCVD方法开展金刚石模制备研究开展了多年，对制备过程中物理化学及工艺过程进行了系统研究。可以稳定地制备高质量毫米量级厚度的金刚石片，并用金刚石膜加工成金刚石电子热沉片，热导率高达7.6W/(k·cm)，可用于大功率电子器件。（PhysicsofPlasma,5,1541,1998、J.Phys.D,31,3327,1998、J.Vac.Sci.Tech.A，20,941,2002）纯金刚石片（直径30mm）半透纯金刚石热沉片10x10mm2带Si衬底的金刚石厚膜金刚石

7、质量表征低温等离子体应用等离子体军事及高技术应用军事应用等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵高技术大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进低温等离子体应用等离子体离子推进器军事及高技术应用VASIMR等离子体推进技术军事及高技术应用AnodexenonmagneticcircuitElectronsIonsCathodemagneticfieldlinesElectricfieldcoilsceramicchan