氣體等離子體5

氣體放電中等離子體研究教師：

2009.03教學(xué)內(nèi)容1.等離子體物理學(xué)科發(fā)展史和主要研究領(lǐng)域2.認(rèn)識(shí)等離子體3.等離子體診斷5.注意事項(xiàng)4.實(shí)驗(yàn)軟件介紹和演示等離子體物理學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史19世紀(jì)30年代起放電管中電離氣體，現(xiàn)象認(rèn)識(shí)建立等離子體物理基本理論框架20世紀(jì)50年代起受控?zé)岷司圩兛臻g技術(shù)等離子體物理成為獨(dú)立的分支學(xué)科20世紀(jì)80年代起氣體放電和電弧技術(shù)發(fā)展應(yīng)用低溫等離子體物理發(fā)展等離子體物理主要研究領(lǐng)域低溫應(yīng)用等離子體冷等離子體熱等離子體聚變等離子體磁約束聚變慣性約束聚變空間和天體等離子體空間等離子體形態(tài)空間天體等離子體北極光空間天體等離子體星系：巨大的聚變反應(yīng)堆

空間天體等離子體空間天體等離子體恒星：等離子體球宇宙中90％物質(zhì)處于等離子體態(tài)人類的生存伴隨著水，水存在的環(huán)境是地球文明得以進(jìn)化、發(fā)展的的熱力學(xué)環(huán)境，這種環(huán)境遠(yuǎn)離等離子體物態(tài)普遍存在的狀態(tài)。因而，天然等離子體就只能存在于遠(yuǎn)離人群的地方，以閃電、極光的形式為人們所敬畏、所贊嘆。由地球表面向外，等離子體是幾乎所有可見物質(zhì)的存在形式，大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽風(fēng)、太陽日冕、太陽內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)，毫無例外的都是等離子體。認(rèn)識(shí)等離子體地球上，人造的等離子體也越來越多地出現(xiàn)在我們的周圍。日常生活中：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發(fā)生器典型的工業(yè)應(yīng)用：等離子體刻蝕、鍍膜、表面改性、噴涂、燒結(jié)、冶煉、加熱、有害物處理高技術(shù)應(yīng)用：托卡馬克、慣性約束聚變、氫彈、高功率微波器件、離子源、強(qiáng)流束、飛行器鞘套與尾跡宇宙中90％物質(zhì)處于等離子體態(tài)認(rèn)識(shí)等離子體密度(cm-3)溫度(度)太陽核心

磁約束聚變霓虹燈北極光火焰閃電日冕

氫彈星際空間熒光氣體

液體

固體

人類居住環(huán)境慣性聚變星云太陽風(fēng)等離子體參數(shù)空間認(rèn)識(shí)等離子體等離子體概念由大量的帶電粒子組成的非束縛態(tài)的宏觀體系非束縛性：異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是帶正負(fù)電荷的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體。粒子與電磁場(chǎng)的不可分割性：等離子體中粒子的運(yùn)動(dòng)與電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)緊密耦合，不可分割。集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用認(rèn)識(shí)等離子體等離子體分類冷等離子體熱等離子體電弧、碘鎢燈極光、日光燈電子溫度100000C1eV聚變、太陽核心高溫

等離子體低溫

等離子體認(rèn)識(shí)等離子體等離子體是物質(zhì)第四態(tài)固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C認(rèn)識(shí)等離子體電離氣體是一種常見的等離子體放電是使氣體轉(zhuǎn)變成等離子體的一種常見形式

等離子體電離氣體普通氣體等離子體放電需要有足夠的電離度的電離氣體才具有等離子體性質(zhì)。也就是說要充分電離認(rèn)識(shí)等離子體等離子體特性①高度電離，是電和熱的良導(dǎo)體，具有比普通氣體大幾百倍的比熱容。②帶正電的和帶負(fù)電的粒子密度幾乎相等。③宏觀上是電中性的。認(rèn)識(shí)等離子體等離子體的主要參量①電子溫度T②帶電粒子密度③軸向電場(chǎng)強(qiáng)度EL。④電子平均動(dòng)能；⑤空間電位分布。

在等離子體中引入電場(chǎng)，經(jīng)過一定的時(shí)間……..德拜(Debye)屏蔽＋－等離子體診斷＋

在等離子體中引入電場(chǎng)，經(jīng)過一定的時(shí)間，等離子體中的電子、離子將移動(dòng)，屏蔽探針電場(chǎng)——德拜屏蔽德拜(Debye)屏蔽－屏蔽層厚度：德拜長(zhǎng)度lD等離子體診斷＋在等離子體內(nèi)部，正、負(fù)電荷數(shù)幾乎相等——準(zhǔn)中性

neni

準(zhǔn)中性－等離子體診斷等離子體診斷等離子體診斷－單探針法單探針法

探針是封入等離子體中的一個(gè)小的金屬電極（其形狀可以是平板形、圓柱形、球形），其接法如圖所示。以放電管的陰極作為參考點(diǎn)，改變探針電位，測(cè)出相應(yīng)的探針電流，便可得到探針電流與其電位之間的關(guān)系，即探針伏安特性曲線。

等離子體診斷等離子體診斷－單探針法單探針伏安特性曲線等離子體診斷等離子體診斷－單探針法探針電子電流的對(duì)數(shù)特性注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)

放電單元輸出的是高壓，應(yīng)使所有的實(shí)驗(yàn)線路接好后再接通放電單元，一旦放電單元接通后，就不允許再用手去碰任何電極，以免觸電。

高壓觸發(fā)時(shí)間不要太長(zhǎng)，一般可在數(shù)秒內(nèi)，但可以重復(fù)多次，直至放電管啟輝放電。

放電管在放電前，要把“顯示開關(guān)”置于“電流顯示”擋，然后才能進(jìn)行