等离子体概述精选PPT.ppt

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1、关于等离子体概述第1页，讲稿共54张，创作于星期二第1.1节 什么是等离子体固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000Cn1 eV=11600 K第2页，讲稿共54张，创作于星期二两个概念：离解和电离 离解：当温度足够高时，构成分子中的原子获得足够大的离解：当温度足够高时，构成分子中的原子获得足够大的动能，开始彼此分离，这一过程称为离解动能，开始彼此分离，这一过程称为离解 电离：温度继续升高，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而电离：温度继续升高，原子的外层电子将摆脱原子核的束缚而称为自由电子，同时，失去电子的原子变成带正电的离子称为自由电子，同时，失去电子的原

2、子变成带正电的离子第3页，讲稿共54张，创作于星期二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人工形式放电是使气体转变成等离子体的一种常见人工形式等离子体等离子体 电离气体普通气体普通气体等离子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)第4页，讲稿共54张，创作于星期二等离子体的概念 等离子体是物质存在（固、液、气体）的第四种状态，是由等离子体是物质存在（固、液、气体）的第四种状态，是由大量带电粒子组成的非束缚状态的宏观体系。大量带电粒子组成的非束缚状态的宏观体系。注：有的书上也表述成：或正离子和电子的密度

3、大致相等注：有的书上也表述成：或正离子和电子的密度大致相等的电离气体的电离气体第5页，讲稿共54张，创作于星期二维基百科 等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将Plasma一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态1，Plasma是源自希腊文，意为可形塑的物体，此字有随着容器形状改变自身形状之意，如灯管中的等离子体会随

4、着灯管的形状改变自身的形状。严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。第6页，讲稿共54张，创作于星期二 朗缪尔（朗缪尔（朗缪尔（朗缪尔（L.LangmuirL.LangmuirL.LangmuirL.Langmuir）和汤克斯）和汤克斯）和汤克斯）和汤克斯(L.Tonks)(L.Tonks)(L.Tonks)(L.Tonks)首先引入等离子体（首先引入等离子体（首先引入等离子体（首先引入等离子体（PlasmaPlasmaPlasmaPlasma ）这）这）这）这个

5、名称。个名称。个名称。个名称。第7页，讲稿共54张，创作于星期二第1.1节 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由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系 非束缚性：非束缚性：异类带电粒子之间相互异类带电粒子之间相互“自由自由”，等离子，等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），体的基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。而不是其结合体。粒子与电磁场的不可分割性：粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动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。合，不可分割。集

6、体效应起主导作用：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等离子体中相互作用的电磁力是长程的。的。第8页，讲稿共54张，创作于星期二宇宙中90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。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

7、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。第9页，讲稿共54张，创作于星期二宇宙中90物质处于等离子体态 地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。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

8、、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹第10页，讲稿共54张，创作于星期二密度(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第11页，讲稿共54张，创作于星期二等离子体的分类1.1.按存在分：按存在分：天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等 人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等2.2.按电离度分：按电离度分：等离子体：电子等离子体：电子(n ne e)、

9、正离子、正离子(离子离子 n ni i)、中性粒子（分子、中性粒子（分子、原子、原子团原子、原子团n na a）,由准电中性：由准电中性：n ne e n ni i第12页，讲稿共54张，创作于星期二定义：电离度定义：电离度=n=ne e/(n/(ne e+n+na a)分母为电离前分子的密度分母为电离前分子的密度 =100%=100%完全电离等离子体完全电离等离子体 1%1%强电离等离子体强电离等离子体 1%人一生所需能源人一生所需能源AA 500 500升海水含升海水含1010克氘克氘BB 无环境污染及长寿命放无环境污染及长寿命放 射性废料射性废料第43页，讲稿共54张，创作于星期二聚变需

10、要亿度高温聚变等离子体劳逊判据（Q1）T10keV（1亿度）nt 3x1020m-3s第44页，讲稿共54张，创作于星期二实现聚变的三种途径聚变等离子体第45页，讲稿共54张，创作于星期二托卡马克装置(JET)聚变等离子体第46页，讲稿共54张，创作于星期二How Fusion Energy is Produced 磁约束聚变研究进展聚变等离子体第47页，讲稿共54张，创作于星期二美国Nova激光聚变装置1985年建成，10路45000焦耳，1纳秒2倍频/3倍频第48页，讲稿共54张，创作于星期二美国国家点火（NIF）激光聚变装置2003年建成,192束180万焦耳，3纳秒500TW，近紫外光

11、第49页，讲稿共54张，创作于星期二激光聚变电站第50页，讲稿共54张，创作于星期二第51页，讲稿共54张，创作于星期二神光II、星光II激光聚变装置第52页，讲稿共54张，创作于星期二总 结等离子体科学涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、国防和高技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用。等离子体研究领域对人类面临的能源、材料、信息、环保等许多全局性问题的解决具有重大意义。第53页，讲稿共54张，创作于星期二2022/10/3感感谢谢大大家家观观看看第54页，讲稿共54张，创作于星期二