激光等离子体温度测量的研究

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1、学号034　　　密级兰州城市学院本科毕业论文等离子体温度的测量学院名称：培黎工程技术学院专业名称：物理学生姓名：所属班级：121本指导教师：二〇一六年五月原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的论文是在指导教师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡是引用他人已经发表或未经发表的成果、数据、观点等均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：论文指导教师签名：年月日摘要本文介绍了等离子体的概念、分类和等离子体电子数密度的计算

2、方法。以空气为样品靶进行了激光等离子体光谱实验。通过对等离子体光谱的分析，标定了激光等离子体中的N、O和H等元素的特征谱线，基于时间分辨光谱的测量，研究激光产生等离子体的时间分辨光谱特征。利用多谱线法和汤普逊散射法，计算了Zn等离子体温度随时间的演化规律，研究结果表明，在等离子体产生的最开始时候，最初产生的等离子体温度极高，当等离子体与温度接触后，由于热传导等离子体的温度迅速降低，这主要是由于离子与电子的复合在等离子体演化的过程中起主导作用，该研究对定性认识激光等离子体的时间演化具有一定的意义。关键词：激光等离子体[1

3、]；汤普逊散射法[8]；等离子体温度目录第1章绪论11.1等离子体概述11.2等离子体的分类21.3描述等离子的基本参数3第2章等离子体温度的测量方法52.1汤普逊散射法52.1基于等离子体发射光谱的测量方法6第3章实验及分析83.1激光等离子体实验装置83.2结果与讨论8第4章结论及展望12第1章绪论1.1等离子体概述温度可以改变物体的形态，比如水的物态变化，给零下四度以下的冰加热升温，冰就会变成水，如果继续加热水就慢慢沸腾起来，水就会变成气体，水尽然能有这样的变化，我们中学中给它们定义为水的三态。这里就有一个问题：

4、如果给气体加热将会发生什么变化或转变呢？显然，当加热气体时，由于温度升高且温度是分子热运动平均动能的标志，那么温度越高分子无规则运动越剧烈，它们会相互碰撞的次数越多，碰撞过程中发生了离化为自身的组成原子，接着离化产生的高能原子自身也发生分解，结果电子和离子就形成了。因此，不管加热任何物体时候，最终它都将转变成为强烈电离的气体即等离子体[1]。就因为在这样的定义下，有时也把等离子体称为第四态。我们知道水的三态变化是不连续的，当温度达到熔点时才能溶化，但强烈电离就不一样，向店里状态的过渡状态是连续的。那么就有一问题：当电离

5、气体中的带电粒子密度达到多大时才可认为是等离子体？显然，就有一个标志，带电粒子的集合中的粒子之间通过电磁场作用，即借助于长程力出现的新的相互作用。正是有了新的相互作用，带电粒子的集合才有新的性质。总的来说，电离气体中的带电粒子密度很高，它们中的相互作用就发挥作用，我们把满足这样条件下的电离气体称为等离子体。他们之间相互作用重要的表现有一个定量标志：准电中性，即电子密度与离子密度近似相等（）。我们定义为温度的缓变函数，即电离度。像满足上述条件的现象在生活中很常见，如蜡烛的火焰里就有等离子体产生（产生的等离子体是微弱的）。

6、那么等离子体的强弱与电离度有密切的关，的等离子体我们称之为完全电离等离子体。当的称为强电离等离子体，当，称之为弱电离等离子体。15由于等离子体和物质其他三态相比存在的参数范围很广。如温度，密度和磁场强度这些参量都可以跨越十几个数量级，且等离子体有大量相互作用但仍处于非束缚态的带电离子组成的宏观体系，所以不管是性质或是形态都会受到外加磁场的强烈影响。并且存在及其丰富的集体运动，比如电磁波以及非线性的相干结构和湍动，静电波，漂移波等。在等离子体体内，不管粒子之间进行的有多猛烈，等离子体（电子和离子足够稠）也保持电中性。这样

7、就更近一步确定了等离子体电离度的重要性。1.2等离子体的分类1）按产生方法和途径分类宇宙是一个很大的集合体，在宇宙中大约有99%的物质处在等离子状态中，比如在高高的云层中，存在着很微弱的等离子体，但遇到闪电就会形成很强的电离气体，则产生的等离子体很强，这样形成的等离子体称为自然等离子体。在当下科学技术发达的社会下人为产生的等离子体种类也千变万化。比如有气体放电法、射线辐射法、热电离法、冲击波法等。生活中常见的产生等离子为日光灯、彩灯放电产生的等离子体。2）按热力学平衡及系统温度分类热力学平衡无外乎就是温度是否处于平衡状

8、态，简而言之就是等离子体中电子和离子的温度有没有达到平衡，根据是否达到平衡将等离子体划分为以下三类：非热力学平衡等离子体：电子的平均动能远超过中性粒子和离子的动能，电子的温度可高达，而中性粒子和离子的温度却只有。这种等离子体处于非平衡状态，所以称为非热力学平衡等离子体[3]。局域热力学平衡等离子体：无外乎就是在等离子体内部中局部所