等离子体的磁约束原理
等离子体的磁约束原理
张玉萍
在辉光放电、弧光放电的阳极柱里，气体处在高度电离状态，但是其中正、负电荷密度几乎相等，这时的系统同普通的气体有明显的区别，1929年，美国的朗默尔（Langmuir）将它取名为“plasma”，译名为“等离子体”。在热核反应的高温（约在几百万开甚至一亿开左右）下，物质处于等离子态，但在热核反应的高温下，任何固体材料的容器早已熔毁，而且散热的速度随温度的升高而急剧增加。目前在大多数受控热核反应的实验装置里用磁场来约束等离子体，使之脱离器壁并限制它的热导。下面简单介绍等离子体磁约束的原理。
我们知道，带电粒子的速度v和磁感强度B成任意夹角时，此带电粒子在磁场中作螺旋线运动，且回旋半径R与磁感强度B成反比，磁场越强，半径越小，这样一来，在很强的磁场中，每个带电粒子的运动便被约束在一根磁感线附近的很小的范围内（右图），也就是说，带电粒子回旋轨道的中心（也叫引导中心）只能沿磁感线纵向移动，而不能横越它，只有当粒子发生碰撞时，引导中心才能由一根磁感线跳到另一根磁感线，因此，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程（如扩散、热导）受到很大的限制。
实际问题中，例如受控热核反应，不仅要求引导中心受到横向约束，也希望有纵向约束。下述磁镜装置便能限制引导中心的纵向移动。如上图（a）所示，两个电流方向相同的线圈产生中央弱两端强的不均匀磁场，当处于中间区域的带电粒子沿着z轴向右运动时，设粒子带正电荷q，
速度v沿z轴，如图5-2（b）所示，粒子受到洛伦兹力
B
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q作用，使粒子向着如上图（b）所
示方向（垂直屏幕向里）偏转，可见粒子将获得绕轴旋转的运动速度θv（图中用?代表其方向），随着粒子分速度θv的出现，又将受到洛伦兹力F的作用，其径向分量r F使粒子向轴线偏转，轴
向分量z F 使带电粒子的轴向速度v 减少，因为B v F ?=θq ，B 增大，v 减小得也快，粒子运动到右端线圈附近时，由于该处B 很大，如 果v 初始速度较小，则v 有可能减至为零，然后就反向运动，犹如光线射到镜面上反射回来一样。 如果处于中间区域的带电粒子沿着z 轴向左运动，类似分析，如上图（c ），可以得出带电粒子运动到左端线圈附近时，带电粒子轴向速度也有可能减至为零，然后带电粒子反向运动，我们通常把这种能约束运动带电粒子（见右图动画）的磁场分布叫做磁镜，又形象地称为磁瓶，上图（a ）所示的便是一种磁镜装置，对于其中的带电粒子来说，相当于两端各有一面磁镜，那些纵向速度v 不是太大的带电粒子将在两磁镜之间来回反射，被约束在两面“镜子”之间的中间区域而不能逃脱。
如前所述，不仅带电粒子的横向运动可被磁场抑制，而且纵向运动又被磁镜所反射，所以这样的磁场分布就象牢宠一样，可以把带电粒子或等离子体约束在其中。 但磁镜装置有个缺点，即总有一部分纵向速度较大的粒子会从两端逃逸，所以采用下左图所示的环形磁场结构，可以避免这个缺点。
在受控热核聚变中，除了磁镜的约束外，还有其他的一些磁瓶装置，如托卡马克装置、仿星器等，它们的结构虽然不尽相同，但都是采用某种特定形态的磁场来约束等离子体。
应该指出，磁镜约束也存在于自然界中，例如地球磁场两极强、中间弱就是一个天然磁瓶，它使得来自宇宙射线的带电粒子在两磁极间来回振荡，（如上右图）从而形成第十章所提到的范·阿仑辐射带。生活在地球上的人类及其他生物都应十分感谢这个天然的磁镜约束，正是靠它才将来自宇宙空间、能致生物于死命的各种高能射线或粒子捕获住，使人类和其他生物不被伤害，得以安全地生存下来。
参考资料
等离子体的磁约束原理
等离子体的磁约束原理 张玉萍 在辉光放电、弧光放电的阳极柱里，气体处在高度电离状态，但是其中正、负电荷密度几乎相等，这时的系统同普通的气体有明显的区别，1929年，美国的朗默尔（Langmuir）将它取名为“plasma”，译名为“等离子体”。在热核反应的高温（约在几百万开甚至一亿开左右）下，物质处于等离子态，但在热核反应的高温下，任何固体材料的容器早已熔毁，而且散热的速度随温度的升高而急剧增加。目前在大多数受控热核反应的实验装置里用磁场来约束等离子体，使之脱离器壁并限制它的热导。下面简单介绍等离子体磁约束的原理。 我们知道，带电粒子的速度v和磁感强度B成任意夹角时，此带电粒子在磁场中作螺旋线运动，且回旋半径R与磁感强度B成反比，磁场越强，半径越小，这样一来，在很强的磁场中，每个带电粒子的运动便被约束在一根磁感线附近的很小的范围内（右图），也就是说，带电粒子回旋轨道的中心（也叫引导中心）只能沿磁感线纵向移动，而不能横越它，只有当粒子发生碰撞时，引导中心才能由一根磁感线跳到另一根磁感线，因此，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程（如扩散、热导）受到很大的限制。
实际问题中，例如受控热核反应，不仅要求引导中心受到横向约束，也希望有纵向约束。下述磁镜装置便能限制引导中心的纵向移动。如上图（a）所示，两个电流方向相同的线圈产生中央弱两端强的不均匀磁场，当处于中间区域的带电粒子沿着z轴向右运动时，设粒子带正电荷q， 速度v沿z轴，如图5-2（b）所示，粒子受到洛伦兹力 B v? q作用，使粒子向着如上图（b）所 示方向（垂直屏幕向里）偏转，可见粒子将获得绕轴旋转的运动速度θv（图中用?代表其方向），随着粒子分速度θv的出现，又将受到洛伦兹力F的作用，其径向分量r F使粒子向轴线偏转，轴
磁约束
一． 概述 众所周知，以一定速度进入均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。进入非均匀磁场中的带电粒子将如何运动呢？现以典型的喇叭形磁场为例，用一种简明的方法进行分析，阐明了磁约束的基本原理及其在核聚变中的重要应用。 二． 带电粒子在喇叭形磁场中的运动 常见的典型的喇叭形磁场如图15-1所示。 为了方便起见，设图15-1示的磁场是关于Z 轴对称的空间缓变的；喇叭形磁场，它可用下表示 其中 为常数， 和 分别为柱坐标系中Z 轴和径向方向的单位矢量，a 是一个微小的参数，它表达了 随Z 和r 的缓慢变化。 电荷为q ，质量为m 的粒子以一定速度 （假定 之大小远小于真空中的光速） 进入图15-1所示的磁场中，它将如何运动呢？ 现将带电粒子的速度分解为平行于的纵向分量与垂直于的横向分量 。 带电粒子在 的z 分量 作用下，类似 于在均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。但由于 随Z 增大而增强，其回旋
半径将逐渐减小，因此带电粒 子的轨道是一条会聚螺旋线，如图15-2 所示。 磁场的径向分量虽小，但对带电粒子的运动产生十分重要的作用，出现了十分有趣的特征。由径向磁场产生的洛仑兹力为： （2） 其中使带电粒子的横向速度之大小增加，因由 于的空间缓变,甚微，所以为圆柱坐标系中 方向的单位矢量）。 （2）式中第二项以表示，即： （3） (3)式所示之分力与方向相反，将使减小。可见磁场使带电粒 子的增加，减小。然而在稳定的磁场中运动的带电粒子的总动能是不变的。即： 常数（4） 从（4）式出发，由的变化可找出带电粒子横向速度的变化规律。今将（4）式对时间求导数得：（5） 其中
等离子体概述
一、等离子体概述 物质有几个状态？学过初中物理的会很快回答固态、液态、气态。其实，等离子态是物质存在的又一种聚集态，称为物质的第四态。它是由大量的自由电子和离子组成，整体上呈现电中性的电离气体。 在一定条件下，物质的各态之间是可以相互转化的，当有足够的能量施予固体，使得粒子的平均动能超过粒子在晶格中的结合能，晶体被破坏，固体变成液体。若向液体施加足够的能量，使粒子的结合键破坏，液体就变成了气体。若对气体分子施加足够的能量，使电子脱离分子或原子的束缚成为自由电子，失去电子的原子成为带正电的离子时，中性气体就变成了等离子体。物质的状态对应了物质中粒子的有序程度，等离子内物质中的粒子有序程度是最差的。相应的，等离子体内的粒子具有较高的能量、较高的温度。实际上，宇宙中99.9%的物质处于等离子态，它是宇宙中物质存在的普遍形式，不过地球上，等离子体多是人造的。 人工如何造出等离子体呢？从上面的论述可以看出，等离子体的能量是很高的，任何物质加热到足够高的温度，都会成为电离态，形成等离子体。在太阳和恒星的内部，都存在着大量的高温产生的等离子体。太阳和恒星的热辐射和紫外辐射能使星际空间的稀薄气体产生电离，形成等离子体，如地球上空的电离层就是这样来的。各种直流、交流、脉冲放电等均可用来产生等离子体。利用激光也可以产生等离子体。 等离子体如何描述？温度。等离子体有两种状态：平衡状态和非平衡状态。等离子体中的带电粒子之间存在库伦力的作用，但是此作用力远小于粒子运动的热运动能。当讨论处于热平衡状态的等离子体时，常将等离子体当做理想气体处理，而忽略粒子间的相互作用。在热平衡状态下，粒子能量服从麦克斯韦分布。每个粒子的平均动能32 E kT =。对于处于非平衡状态下的等离子体，一般认为不同粒子成分各自处于热平衡态，分别用e T 、i T 、n T 表示电子气、离子气和中性气体的温度，并表示各自的平均动能。可以用动力学温度E T （eV ）表示等离子体的温度，E T 的单位是能量单位，由粒子的动能公式可得 2133222 E E mv kT T = ==，E T 就是粒子的等效能量kT 值（1eV 的能量温度，相应的开氏绝对温度为1T k ==11600K ）。 温度是描述等离子体能量的，还有其它的一些概念来表述。（1）高温等离子体，低温等离子体，冷等离子体。高温等离子体也是完全电离体，温度6810~10K ，核反应、恒星的等离子体是这类。低温等离子体是部分电离体，463410~10,310~310e i T K T K ==??，电弧等离子体、燃烧等离子体是这种。冷等离子体是410,e i T K T >约等于室温的等离子体。 （2）电离度。强电离等离子体指电离度η>10-4的等离子体，弱电离等离子体η<10-4。η是电离度，0=n n n η+，n 是两种异电荷粒子中任何一种密度，0n 为中性粒子密度。粒子密度是表示单位体积中所含粒子的数目。（3）稠密等离子体和稀薄等离子体。具体区分度不详。
会切磁瓶探析—磁场位形为磁阱的新型磁约束装置
Nuclear Science and Technology 核科学与技术, 2016, 4(1), 7-16 Published Online January 2016 in Hans. https://www.360docs.net/doc/4714276452.html,/journal/nst https://www.360docs.net/doc/4714276452.html,/10.12677/nst.2016.41002 Exploration and Analysis of the Cusp Magnetic Bottle —New Magnetic Confinement Device with Configurations as Magnetic Trap Shuqin Tian Qiandian Station of Shenyang Railway, Fushun Liaoning Received: Jan. 4th, 2016; accepted: Jan. 26th, 2016; published: Jan. 29th, 2016 Copyright ? 2016 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/4714276452.html,/licenses/by/4.0/ Abstract The cusp magnetic bottle is a magnetic confinement device constituted by magnets on each vertex of the regular polyhedron. The internal magnetic field configuration is an ideal magnetic trap with the bottom magnetic induction intensity of zero, which could reach up to the limit value defined by the trap depth. The changing curve of magnetic induction intensity has indicated that, the magnet-ic induction intensity difference for cusp magnetic bottle of regular dodecahedron is over 20 times greater than that for softball seal coil of same volume and that the cusp magnetic bottle has a larger space to expand. The constraint theory of plasma by the cusp magnetic bottle is to rely on the magnetic trap and magnetic confinement theory indicates that, only magnetic trap configura-tion can truly achieve the stable confinement of plasma. Tokamak or magnetic mirror is to rely on the adhesion of particles of electricity on magnetic line of force. However, it has all kinds of ma-croscopic and microcosmic instabilities from both theoretically and practically. These instabilities would no long exist in the cusp magnetic bottle. From the constitution of cusp magnetic bottle, the materials, operation, structure, flexibility, expansibility and other aspects all indicate that the cusp magnetic bottle is far superior to traditional magnetic confinement devices. Keywords Cusp Magnetic Bottle, Magnetic Trap, Cusp Field, Magnetic Confinement 会切磁瓶探析 —磁场位形为磁阱的新型磁约束装置
磁约束聚变现状研究汇总
1 前言 能源是社会发展的基础，化石燃料不仅储量有限，而且会造成严重的生态环境破坏和污染，预期200多年后，人类将面临严重的能源枯竭问题，因此，必须 尽快完成战略新能源的开发研究。在一系列的新能源中，核聚变能是最理想的清洁新能源。 核聚变反应包括氘氚反应、氘氦反应、氢硼反应等，其中氘氚反应在地球上最易实现，因其反应资源存在于海水中，一旦实现受控热核聚变，海水将成为人类取之不尽用之不竭的资源。这需要氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。 2 惯性约束聚变装置简介 现有的可控核聚变约束手段主要有两种，一种是惯性约束，一种是磁约束。 惯性约束是指利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是:利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短 时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。该项 研究主要在美国的国家点火装置（NIF），中国的神光-Ⅲ主机装置，如图1所示。 (a)
(b) 图1 (a)国家点火装置 (b)神光-Ⅲ主机装置 美国的国家点火装置位于加利福尼亚州的利弗莫尔国家实验室，在过去的一段时间里，其工作人员一直致力于将192束激光集中于一个花生米大小的、装有氢粒子的目标上。当能量为500太瓦的激光撞击到装有氢粒子的目标上后，会产生X光粒子，使得重氢原子和超重氢原子产生聚变，这种聚变使得少量物质转变为巨大能量。但由于技术问题，该项目在2012年末将工作重点由聚变能研究领域重新转回到核武器试验上。 我国的“神光-Ⅲ主机装置”，已在2015年由中物院基本建成。作为亚洲最大，世界第二大激光装置，神光-Ⅲ主机装置共有48束激光，总输出能量为18万焦耳，峰值功率高达60万亿瓦。 3 磁约束聚变装置简介 磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、 处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。 自上个世纪60年代中期以来，各国科学家先后建成的磁约束装置包括托卡 马克、仿星器、反场箍缩、磁镜、多级场等。 3.1 托卡马克 托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈，最初是由位于前苏联莫斯科的库尔
等离子体物理思考题参考050718讲解
思考题 1.1 电离气体一定是等离子体吗？反过来呢？ 答：电离气体不一定是等离子体，反过来也不一定。 1.2 试就高温、低温、高密度、低密度等离子体各举一例。 答：磁约束受控热核聚变等离子体是高温等离子体，电弧等离子体是低温等离子体，太阳内部等离子体是高密度等离子体，电离层等离子体是低密度等离子体。 1.3 德拜屏蔽效应一定要有异性离子存在吗？ 答：不一定，完全由电子构成的非中性等离子体也具有德拜屏蔽效应。 1.4 用电子德拜长度表示等离子体的德拜长度的前提是什么？ 答：主要是所考虑问题的时间尺度应小于离子的响应时间，离子不能响应。 1.5 由于德拜屏蔽，带电粒子的库仑势被限制在德拜长度内，这是否意味着 粒子与德拜球外粒子无相互作用？为什么？ 答：有，但是表现为集体相互作用，实际上屏蔽本身可以视为相互作用的传递过程，粒子对德拜球外的粒子的相互作用，通过周围屏蔽粒子的传递而作用。 1.6 对于完全由同一种离子构成的非中性等离子体，能够有德拜屏蔽的概念 吗？ 答：同样有，但此时是指在平衡状态下，系统对电扰动的屏蔽作用。 1.7 常规等离子体具有不容忍内部存在电场的禀性，这是否意味着等离子体 内部不可能存在很大的电场，为什么？ 答：不一定，在小于德拜长度的空间尺度中，可以存在局域很强的电场，在比等离子体特征响应时间小的时间尺度中，可以存在瞬时的强电场。 1.8 在电子集体振荡的模型中，若初始时不是所有电子与离子产生分离而是 部分电子，则振荡频率会发生变化吗？如果变化，如何解释？ 答：从方程上看，此时的振荡频率似乎会减小，即将电子密度换成分离电子密度，如果这样，集体振荡频率就不是等离子体的一种特征频率，因为与振荡扰动的幅度相关。但事实上这样处理是不对的，部分电子与离子分离的情况应用此模型无法进行。因为当部分电子分离时，未分离的电子同样会运动，使得电场会增大，结果使振荡频率仍然是等离子体频率。 1.9 粒子之间的碰撞是中性气体中粒子相互作用的唯一途径，在等离子体中
磁约束实验报告
南昌大学实验报告 磁约束核聚变装置控制虚拟仿真实验报告 一、实验目的 （1）理解磁约束核聚变的基本原理； （2）熟悉托克马克实验装置控制的一般操作流程； （3）了解托克马克实验装置的一般平衡磁场位型、等离子体密度分布和温度分布的特征图像； （4）了解托克马克实验装置L 、H 模式下等离子体的密度和温度分布区别。 二、实验仪器 磁约束核聚变装置控制虚拟仿真实验系统：主要包括NCST 装置（南昌大学球马克实验装置模型）、抽真空系统、中央控制系统、电源系统、加料系统、磁场电源控制器、等离子体加热系统、磁场诊断探针、激光汤姆逊散射诊断系统、诊断数据采集器、数据处理系统等软件操作模块。 三、实验原理 托卡马克是一环形装置。欧姆线圈的电流变化提供产生、建立和维持等离子体电流所需要的伏秒数；极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡；环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性；环向磁场与等离子体电流产生的极向磁场一起构成磁力线旋转变换的和磁面结构嵌套的磁场位形来约束等离子体。在托卡马克装置上，已可通过大功率中性束注入加热和各种微波加热使等离子体达到和超过氘一氚有效燃烧所需的温度(>10K)。研究表明加大装置尺寸，约束时间大致按尺寸的平方增大。此外，还可通过提高环向磁场、优化约束位形和运行模式来提高能量约束时间。 高温等离子体被约束在不与真空室壁相碰的位置上，在约束过程中存在大量不稳定性、热传导损失和辐射损失等，在约束控制过程中需要不断诊断等离子体参数，抑制各种导致等离子体破裂的不稳定性发展，同时通过各种辅助加热使反应堆的输入和输出整体功率平衡，满足等离子体的点火条件，即著名的劳森判据： 2032210/E E p n T sK m ττ=≥?， （1） 才能实现等离子体的自持燃烧，其中n 和T 分别为约束等离子体密度和温度，E τ为等离子体能量约束时间，即等离子体能量由于热传导下降到1 e -的弛豫时间。从点火条件可知，T 的最小值和相应的E p τ值为：
(完整word版)ICP等离子发射光谱仪中等离子体焰的形成过程及原理.
ICP 等离子发射光谱仪中等离子体焰的形成过程及原理 ICP 英文翻译过来是电感耦合等离子体,顾名思义,在炬管的切向方向引入高速氩气,氩气在炬管的外层形成高速旋流,通过类似真空检漏仪的装置产生的高频电火花使氩气电离出少量电子,形成一个沿炬管切线方向的电流。因为炬管放置在高频线圈内,通过高频发生器产生的高频振荡通过炬管线圈耦合到已被电离出少量电子的氩气上,使氩气中的这部分电子加速运动,撞击其他电子产生电离 , 形成雪崩效应,最终靠高频发生器连续提供能量,即可形成一个稳定的等离子体火焰。 电感耦合高频等离子(ICP光源 等离子体是一种由自由电子、离子、中性原子与分子所组成的在总体上呈中性的气体,利用电感耦合高频等离子体(ICP 作为原子发射光谱的激发光源始于本世纪60年代。 ICP 装置由高频发生器和感应圈、炬管和供气系统、试样引入系统三部分组成。高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。应用最广泛的是利用石英晶体压电效应产生高频振荡的他激式高频发生器,其频率和功率输出稳定性高。频率多为 27-50 MHz,最大输出功率通常是 2-4kW 。 感应线圈一般以圆铜管或方铜管绕成的 2-5匝水冷线圈。 等离子炬管由三层同心石英管组成。外管通冷却气 Ar 的目的是使等离子体离开外层石英管内壁,以避免它烧毁石英管。采用切向进气,其目的是利用离心作用在炬管中心产生低气压通道,以利于进样。中层石英管出口做成喇叭形,通入 Ar 气维持等离子体的作用,有时也可以不通 Ar 气。内层石英管内径约为 1-2mm ,载气载带试样气溶胶由内管注入等离子体内。试样气溶胶由气动雾化器或超声雾化器产生。用 Ar 做工作气的优点是, Ar 为单原子惰性气体,不与试样组分形成难解离的稳定化合物,也不会象分子那样因解离而消耗能量,有良好的激发性能,本身的光谱简单。 当有高频电流通过线圈时,产生轴向磁场,这时若用高频点火装置产生火花,形成的载流子(离子与电子在电磁场作用下,与原子碰撞并使之电离,形成更多的载流子,
等离子体
等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。 物质由分子组成，分子由原子组成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”，因此人们戏称它为离子浆，这些离子浆中正负电荷总量相等，所以就叫等离子体。 1简介 看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。21世纪人们已经掌握和利用电场和磁场产生来控制等离子体。例如焊工们用高温等离子体焊接金属。 等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。等离子体温度分别用电子温度和离子温度表示，两者相等称为高温等离子体；不相等则称低温等离子体。低温等离子体广泛运用于多种 等离子体发生器 生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成为现实。 高温等离子体只有在温度足够高时发生的。恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99%。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。低温等离子体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。 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“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。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。 等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。其实，人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，
磁约束原理与运用.
班级02321101 学号1120110436 姓名张鹏杰 磁约束原理与运用 [摘要]众所周知，以一定速度进入均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。进入非均匀磁场中的带电粒子的运动轨迹是一条会聚的螺旋线。运用这一原理可以将热核反应中的等离子体约束在实验装置内从而实现可控的核聚变，为寻找新能源开辟蹊径。 [关键词]磁约束，等离子体，受控核聚变，能源 一、磁约束原理 带电粒子在磁场中沿螺线运动，回旋半径R与磁感应强度B成反比。在很强的磁场中，每个带电粒子的活动便被束缚在一根磁感线附近的很小范围内，只能沿磁感线做种纵向运动。 在热核反应的高温下，物质处于等离子态，有带电粒子组成，而由于上述原因，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程受限。 在纵向，同样可以利用磁约束对粒子的运动加以限制。带电粒子的圆周运动可被等效视作通电线圈。设带电粒子的带电量为q，回旋频率为υ，回旋半径为R，则等效线圈中的电流I=q υ，面积S=，磁矩M=IS=qυ2π。对于在磁场中的回旋运动，可知υ=，R=，于是有： M== 理论上可以证明，在梯度不是太大的非均匀磁场中，带电粒子的磁矩M是个不变量。亦即，当带电粒子由较弱的磁场区进入较强的磁场区时（B增加），它的横向动能要按比例增加。然而由于洛伦兹力是不做功的，带电粒子的总动能不变，则纵向动能即纵向速度就要减小，甚至为零。通常将这种由弱到强的磁场位形叫做磁镜。如右图，两个同向通电线圈产生中间弱两边强的磁场位形，带电粒子在横向受到磁场约束，在纵向则在两线圈中来回反射，从而达到约 束的目的。不过，一部分纵向动能较大的粒子仍然有可能从磁镜两端逃出。而采用右图所示的环形磁约束结构则可避免这种情况。这种结构也是下面将要提到的托卡马克装置的基本结构。
等离子体显示技术研究现状及其发展趋势(学年论文)
等离子体显示技术研究现状及其发展趋势 摘要：近年来，等离子体显示技术得到突飞猛进的发展。本文从等离子体显示的工作原理、特点和分类入手，介绍了目前世界各大公司和研究机构在改进PDP的结构、材料、驱动电路等方面所作的工作和相应的理论研究。此外，根据目前等离子体显示技术存在的问题，分析了今后PDP的发展趋势。 关键词：等离子体显示；PDP结构；驱动电路 引言 等离子体显示器（PDP）的出现至今已有很长的历史，但直到1990年代初才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术，进入彩色PDP的实用化阶段，其亮度均匀、无X射线辐射、抗电磁干扰能力强、对迅速变化的画面响应速度快、视角大、易于实现大画面显示等优点，覆盖了从30in到70in的高分辨率显示领域，是高清晰度电视（HDTV）的主要候选者。 但由于该类显示器功耗大、亮度和光效率低、工作时容易发生像素间串扰、价格昂贵等，目前还难于普及推广到家庭用户。因此，世界上的许多PDP生产厂家，如松下、富士通、LG、Plasma等公司，针对PDP存在的问题，做了许多相应的研究并取得了重大突破。 本文介绍了目前世界各PDP生产公司和研究机构在改进PDP的结构技术、驱动电路技术以及其他应用技术等方面所做的研究和取得的进步，并且根据目前等离子体显示技术存在的问题，对今后PDP的发展趋势进行了探讨。 1等离子显示器 1.1等离子显示器的工作原理 PDP是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，通过在管子两端的激励电极上加入电压，使放电空间内的混合惰性气体电离成一种特殊物理状态——电浆状态[1]，同时发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏见光，发射出可显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。 1.2 等离子显示器的特点 等离子显示器是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。这种显示器的主要特点是图像真正清晰逼真，在室外及普通居室光线下均可视，可提供在任何环境下的大屏视角，不会因磁场影响产生色彩、几何失真及噪音等优势。具体有以下比较突出的特点：亮度、对比度高；色彩还原性好；显示效果非常出色；纯平面图像无扭曲；超薄设计、超宽视角；具有齐全的输人接口[2]，可接驳市面上几乎所有的信号源；具有良好的防电磁干扰功能；环保无辐射；散热性能好；无噪音困扰。 1.3 等离子显示器的分类 PDP产品根据限制电流的方式或是在放电时所施加的电压形式可简单分为DC型PDP 和AC型PDP两种。DC型PDP是以直流（DC）电压启动放电并用电阻来限制放电电流的大小，其结构较复杂，容易在等离子体放电时受到离子碰撞导致损坏及劣化，缩短PDP寿
磁场专题(磁约束,旋转圆)
带点粒子在磁场和复合场中的运动专题 一、复合场中有约束的直线运动 1、如图所示，一个带负电的滑环套在水平且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场B 中．现给滑环一个水平向右的瞬时速度，则滑环在杆上的运动情况可能是( ) A ．始终做匀速运动 B ．先做减速运动，最后静止在杆上 C ．先做加速运动，最后做匀速运动 D ．先做减速运动，最后做匀速运动 2、如图所示为一个质量为m 、带电量为+q 的圆环，可在水平放置的粗糙细杆上自由滑动，细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，圆环以初速度v 0向右运动直至处于平衡状态，则圆环克服摩擦力做的功可能为 （ ） A ．0 B ． C ． D ． 3、如图所示，一个带负电的滑环套在倾斜且足够长的粗糙绝缘杆上，u
等离子体显示技术的基本原理
等离子体显示技术的基本原理 等离子体显示器又称电浆显示器，是继CRT(阴极射线管）、LCD（液晶显示器）后的最新一代显示器，其特点是厚度极薄，分辨率佳。可以当家中的壁挂电视使用，占用极少的空间，代表了未来显示器的发展趋势（不过对于现在中国大多数的家庭来说，那还是一种奢侈品）。 等离子体显示技术之所以令人激动，主要出于以下两个原因：可以制造出超大尺寸的平面显示器（50英寸甚至更大）；与阴极射线管显示器不同，它没有弯曲的视觉表面，从而使视角扩大到了160度以上。另外，等离子体显示器的分辨率等于甚至超过传统的显示器，所显示图像的色彩也更亮丽，更鲜艳。 等离子体显示技术（Plasma Display)的基本原理是这样的：显示屏上排列有上千个密封的小低压气体室（一般都是氙气和氖气的混合物），电流激发气体，使其发出肉眼看不见的紫外光，这种紫外光碰击后面玻璃上的红、绿、蓝三色荧光体，它们再发出我们在显示器上所看到的可见光。 换句话说，利用惰性气体（Ne、He、Xe等）放电时所产生的紫外光来激发彩色荧光粉发光，然后将这种光转换成人眼可见的光。等离子显示器采用等离子管作为发光元器件，大量的等离子管排列在一起构成屏幕，每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光激发平板显示屏上的红、绿、蓝三原色荧光粉发出可见光。每个等离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合使之产生各种灰度和彩色的图像，与显像管发光很相似。 从工作原理上讲，等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。其工作原理类似普通日光灯和电视彩色图像，由各个独立的荧光粉像素发光组合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。另外，等离子体显示设备最突出的特点是可做到超薄，可轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米（实际上这也是它的一个弱点：即不能做得较小。目前成品最小只有42英寸，只能面向大屏幕需求的用户，和家庭影院等方面）。依据电流工作方式的不同，等离子体显示器可以分为直流型（DC）和交流型（AC）两种，而目前研究的多以交流型为主，并可依照电极的安排区分为二电极对向放电（Column Discharge）和三电极表面放电（Surface Discharge）两种结构。 等离子体显示器具有体积小、重量轻、无X射线辐射的特点，由于各个发光单元的结构完全相同，因此不会出现CRT显像管常见的图像几何畸变。等离子体显示器屏幕亮度非常均匀，没有亮区和暗区，不像显像管的亮度——屏幕中心比四周亮度要高一些，而且，等离子体显示器不会受磁场的影响，具有更好的环境适应能力。 等离子体显示器屏幕也不存在聚焦的问题，因此，完全消除了CRT显像管某些区域聚焦不良或使用时间过长开始散焦的毛病；不会产生CRT显像管的色彩漂移现象，而表面平直也使大屏幕边角处的失真和色纯度变化得到彻底改善。同时，其高亮度、大视角、全彩色和高对比度，意味着等离子体显示器图像更加清晰，色彩更加鲜艳，感受更加舒适，效果更加理想，令传统显示设备自愧不如。 与LCD液晶显示器相比，等离子体显示器有亮度高、色彩还原性好、灰度丰富、对快速变化的画面响应速度快等优点。由于屏幕亮度很高,因此可以在明亮的环境下使用。另外，等离子体显示器视野开阔，视角宽广（高达160度），能提供格外亮丽、均匀平滑的画面和前所未有的更大观赏角度。当然，由于等离子体显示器的结构特殊也带来一些弱点。比如由于等离子体显示是平面设计，其显示屏上的玻璃极薄，所以它的表面不能承受太大或太小的大气压力，更不能承受意外的重压。等离子体显示器的每一个像素都是
等离子体显示技术研究现状及其发展趋势
浅谈等离子体显示技术研究现状 及其发展 （系别：。。。。。。学号：。。。。。上课时间：周日1-2节） 摘要：近年来，等离子体显示技术得到突飞猛进的发展。本文从等离子体显示的工作原理、特点和分类入手，介绍了目前世界各大公司和研究机构在改进PDP的结构、材料、驱动电路等方面所作的工作和相应的理论研究。此外，根据目前等离子体显示技术存在的问题，分析了今后PDP的发展趋势。 关键词：等离子体显示；PDP结构；驱动电路；显示屏 等离子体显示器（PDP）的出现至今已有很长的历史，但直到1990年代初才突破彩色化、亮度和寿命等关键技术，进入彩色PDP的实用化阶段，其亮度均匀、无X射线辐射、抗电磁干扰能力强、对迅速变化的画面响应速度快、视角大、易于实现大画面显示等优点，覆盖了从30in到70in的高分辨率显示领域，是高清晰度电视（HDTV）的主要候选者。但由于该类显示器功耗大、亮度和光效率低、工作时容易发生像素间串扰、价格昂贵等，目前还难于普及推广到家庭用户。因此，世界上的许多PDP生产厂家，如松下、富士通、LG、Plasma等公司，针对PDP存在的问题，做了许多相应的研究并取得了重大突破。 本文介绍了目前世界各PDP生产公司和研究机构在改进PDP的结构技术、驱动电路技术以及其他应用技术等方面所做的研究和取得的进步，并且根据目前等离子体显示技术存在的问题，对今后PDP的发展趋势进行了探讨。 一．等离子显示器 1.1等离子显示器的工作原理 PDP是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，通过在管子两端的激励电极上加入电压，使放电空间内的混合惰性气体电离成一种特殊物理状态——电浆状态[1]，同时发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏见光，发射出可显现出图像。当使用涂有三原色（也称三基色）荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。 1.2 等离子显示器的特点 等离子显示器是采用了近几年来高速发展的等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。这种显示器的主要特点是图像真正清晰逼真，在室外及普通居室光线下均可视，可提供在任何环境下的大屏视角，不会因磁场影响产生色彩、几何失真及噪音等优势。具体有以下比较突出的特点：亮度、对比度高；色彩还原性好；显示效果非常出色；纯平面图像无扭曲；超薄设计、超宽视角；具有齐全的输人接口[2]，可接驳市面上几乎所有的信号源；具有良好的防电磁干扰功能；环保无辐射；散热性能好；无噪音困扰。 1.3 等离子显示器的分类
等离子体化学的基本原理和应用
等离子体化学的基本原理及应用 等离子体化学是20世纪六十年代发展起来的一门新兴交叉科学。经过40多年的研究发展，已经广泛地引用于化工、冶金、机械、纺织、电子、能源、半导体，医药等不同领域。本文对等离子体化学在材料、电子、光学、医药、化学合成、环境保护几个方面的一些应用进行综述。[1-2] 1理论概述[3] 对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量，物质被解离成阴、阳离子的状态，由于整个体系阴、阳离子总电荷相等，故称为等离子体。而从通常的能量排布：气体>液体>固体的角度来说，等离子的能量比气体更高，能表现出一般气体所不具有的特性，所以也被称为物质的第四态。 当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合，回到中性分子状态，这个过程产生的电子、离子的一部分能量以电磁波等不同形式消耗，在分子离解时常生成自由基，生成的电子结合中性原子，分子形成负离子。因此，整个等离子体是电子正负离子激发态原子，原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的，与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变，即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。 在放电气体中发生的反应称为等离子体化学反应，用电子温度Te和离子温度Ti作为参数。若Te ≈Ti称为平衡等离子体或高温等离子体。若Te >>Ti称为非平衡等离子体或低温等离子体。这两种不同的情况在不同的领域都有广泛的运用。 2设备与装置[3-4] 可以将等离子的产生理解为：一定的真空度，外加电场/磁场，通电条件下射频放电产生的特殊物质。各国学者一直努力研制一种能得到均匀稳定的等离子的设备。可以通过(1)解光放电、(2)电晕放电、(3)寂静放电、(4)RF放电、(5)微波放电这5种放电方式(基本特征见图1)来得到等离子体，但为了保证反应产物不分解，一般采用辉光放电形式。这类仪器通过外加电场可以有效地把能量直接传递给反应体系中的气体分子，反应腔里将发生气体放电，产生非平衡等离子体，这种能量传递方法不仅经济有效，而且产生的等离子体具有能量高密度大的特点，所以应用较为广泛。根据反应器的结构不同分为内部电极方式的反应器、外部电极方式的反应器、直流放电反映器、采用商业频率的反映器、微波放电反映器（见图2）。而大多数工业活动需在常压或加压(高气体浓度)条件下进行，尤其化学工业、环境工程和材料工业等还不具备在低气压条件下进行化学反应的工艺条件。
核聚变方式及装置、原理介绍
13SP02340600 《核工程概论及实践》 课程设计 核聚变装置原理及结构梳理 学号 姓名 院系 专业 完成日期 设计类型 得分
摘要 核聚变作为正在研究中的新能源，除了托卡马克装置以外还有包括仿星器、磁镜、反向箍缩和球马克在内的其它磁性约束装置；此外还有激光点火的惯性约束方案。本文主要介绍以上方案的原理和装置结构，由于接触时间有限，不对相关技术进行评价。 关键词：核聚变；托卡马克；仿星器；磁镜；反向箍缩；惯性约束
目录 摘要 ................................................................................................................................................... I 第一章托卡马克装置结构及原理. (1) 1.1约束的含义 (1) 1.2 托卡马克中磁约束的基本原理 (1) 1.3托卡马克系统的结构 (2) 1.4 本章小结 (4) 第二章其他磁性约束方式 (5) 2.1 仿星器 (5) 2.2 磁镜 (5) 2.3 反向箍缩 (6) 2.4 本章小结 (6) 第三章惯性约束方式原理 (7) 3.1 惯性约束的原理和实现 (7) 3.1.1 惯性约束的原理 (7) 3.1.2 实现手段 (7) 3.2 惯性约束聚变堆方案 (8) 3.3 本章小结 (8) 参考文献 (9)
第一章托卡马克装置结构及原理 托卡马克装置作为上世纪六、七十年代以来一直占据核聚变研究中心的聚变装置，目前在所有方案中取得的成果最为突出，如等离子体温度最高，（脉冲）功率最大，最先实现全超导等等，当然这得益于许多科学家的奉献和更多资金的投入。总的来说，尽管所有方案离商用发电都很遥远，但托卡马克是目前来看最有前途的聚变装置。 1.1约束的含义 核聚变必须使聚变材料的温度、密度和这种高温高压状态维持的时间（约束时间）的乘积满足劳森判据才能实现。 由于核聚变反应温度超高，即使最容易的氚-氘反应也要求反应温度大于5000万度才能大量进行；此时的核材料呈现为物质第四态——等离子态。 图1-1 日冕中的等离子体 等离子体是宇宙中很常见的物质形态，如太阳就是有等离子态的物质组成的，只不过如图1-1中日冕中等离子体温度为几千度，而聚变堆中由于体积限制，要求温度达到上亿度。 为了维持这类极高温的等离子体不消散掉，就需要各种各样非接触式的方法。首先想到的方法就是利用电磁场来约束带电的等离子体，而第二种方法则利用激光推动核材料聚集。 1.2 托卡马克中磁约束的基本原理 图1-2是ITER项目公布的托卡马克设计图，可以看到反应腔内等离子体截
光电子技术课程设计液晶和等离子体显示原理及应用
河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：学号：* ** 专业班级：***** * 课程名称：光电子技术课程设计 学年学期：2016 —2017学年第 2 学期指导教师： 2 0 17 年6 月
课程设计成绩评定表 学生姓名学号成绩 专业班级起止时间2017.6.26——2017.6.30 液晶和等离子体显示原理及应用 设计题目 指 导 教 师 评 语 指导教师： 年月日
目录 液晶显示原理及应用 1、液晶的概念（Liquid Crystal） 2、液晶的电光特性 3、液晶显示原理 4、液晶显示器件的采光技术 5、液晶显示应用 等离子体显示原理及应用 1、等离子显示器 2、等离子体显示技术的研究现状 3、等离子体显示技术的发展趋势 总结
一.液晶显示及原理 1、液晶的概念（Liquid Crystal） 液晶显示器是以液晶为基本材料的组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以液晶可以说是处于一个中间相的物质。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须先来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量的不同方向，会有不同的效果。就好像是将一簇细短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，达到排列状态，这表示黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外，液晶除了有黏性的特性反应外，还具有弹性的表现，它们都是对于外加的力，呈现出方向性的特点。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方式传播行进，产生了自然的偏转现象。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以，当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再通过液晶分子的光折射特性，以及对光线的偏转能力来获得亮暗差别（或者称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。 2、液晶的电光特性 液晶同固态晶体一样具有特异的光学各向异性。而且这种光学各向异性伴随分子的排列结构不同将呈现不同的光学形态。例如，选择不同的初期分子取向和液晶材料，将分别得到旋光性、双折射性、吸收二色性、光散射性等各种形态的光学特性。一旦使分子取向发生变化，这些光学特性将随之变化，于是在液晶中传输的光就受到调制。由此可见，变更分子的排列状态即可实行光调制。 由于液晶是液体，分子排列结构不象固态晶体那样牢固。另一方面液晶又具有显著的介电各向异性△ε和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上电压，则在介电各向异性△ε和自发偶极子P0和电场的相互作用下，分子排列状态很容易发生变化。因此利用外加电场即可改变液晶分子取向，产生调制。这种由电场产生的光调制现象叫做液晶的电光效应（electro-optic effect）。它是液晶显示的基础。 这种光学特性可通过表面处理、液晶材料选择、电压及其频率的选择获得。 3、液晶显示原理 （1）液晶的物理特性 液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通