绪论-等离子体基本概念及应用ppt课件.ppt

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1、等离子体基础概念及其应用王淑峰绪论部分主要内容等离子体基本概念等离子体概念等离子体产生方式及分类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主要内容等离子体基本概念等离子体概念等离子体产生方式及分类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非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是正负荷

2、电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的。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

3、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、表面冶金、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、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹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

4、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。宇宙中90％物质处于等离子体态密度(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在等离子体气体中，以电子碰撞双原子分子XY为例，若碰撞能量小，则会发生弹性碰撞，电子的动能不会改变。若碰撞能量很高，分子中绕核运动的低能电子，就会在碰撞中获得足够的能量，被激发至离核较远的高能级轨

5、道上运动。我们把这种高能级状态的分子称为激发态分子，用XY*表示。激发态分子中的电子从高能级跳回到低能级时，便以发光的形式发出多余能量(辉光放电)，这个过程称为“退激”。等离子体的产生若碰撞电子能量足够高，电子吸收的能量就可以使其脱离核的束缚而成为自由电子，也就是分子发生了“电离”，用XY+表示。电子对分子XY的碰撞也可以使之分解成为X原子和Y原子（离解/裂解）。用“：”表示分子中成键的电子对，离解过程可以表示为X:YX+Y。这样带有未成对电子的X，Y就容易发生化学反应，故称为化学活性或基团。

6、等离子体特性等离子体的基本反应过程等离子体特性应用激发：XY+eXY*+e退激:XY*XY＋hv（光子）离解：XY+eX+Y+e电离：XY+eXY++2eX++Y+2e电子和离子在电场中受加速粒子间的碰撞产生热效应、粒子和固体表面的碰撞发光特性<光学应用>化学活性<化学应用>导电性<电气应用>高速粒子<力学应用>产生高温<热学应用>在等离子体中引入电场，经过一定的时间……..德拜(Debye)屏蔽＋－＋在等离子体中引入电场，经过一定的时间，等离子体中的电子、离子将移动，屏蔽电场——德拜屏

7、蔽德拜(Debye)屏蔽－屏蔽层厚度：德拜长度lD特征响应时间：tp＝lD/vT＝1/wp＋在等离子体内部，正、负电荷数几乎相等——准中性neni准中性－对弱电离情况：带电粒子与中性粒子相互碰撞频率远小于带电粒子之间的相互库仑碰撞作用频率和振荡频率等离子体判据等离子体存在时间尺度：必须大于响应时间，即等离子体存在空间尺度：必须大于德拜长度，即等离子体参数：必须远大于1，即德拜球内存在足够多的粒子。Λ=nλD3>>1；是等离子体粒子间平均动能和平均相互作用势能之比的一个度量。等离子体是弱耦合的近

8、“理想”电离气体德拜球中的粒子数必须具有统计意义=V击穿电压汤生放电电晕放电辉光放电弧光放电电流II直流放电：汤生放电→电晕放电→辉光放电→弧光放电气体放电的典型伏安特性曲线等离子体的产生方式人工等离子体（Plasma）的主要产生方式：燃烧P、电弧P、高频P、激光P、聚变P等工业中常用的气体放电法分为：直流放电：高压击穿，高空载电压下直流放电低频放电：1～100kHz高（射频）放电：10～100MHz，常用13.56MHz微波放电：＞1GHz，常用2.45GHz等离子体的分类按产生原因：自然等离