等离子体物理及应用领域PPT课件
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等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
• 等离子体简介 • 等离子体的基本性质
• 低温(dīwēn)等离子体（非平衡等离子体）的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
精品资料
一、等离子体 简介 (děnglízǐtǐ)
• 等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、电子、 以及一些中性(zhōngxìng)粒子和基团组成，其电离程度可处在从100% （完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比例范 围内。
精品资料
空气(kōngqì)中不同气压下的放电图像
精品资料
不同glízǐtǐ)在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气污 染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机(yǒujī)废气处理，可以用于水 和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。
精品资料
Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
精品资料
高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
精品资料
• 等离子体通常被称作物质的第四态，宇宙(yǔzhòu)中绝大部分的可见物质均处 在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是（或部分是） 不同种类的等离子体。
精品资料
二、等离子体的基本(jīběn)性质
• 等离子体(děnglízǐtǐ)在宏观上近似呈电中性； • 含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是一种特
• 低温(dīwēn)等离子体（非平衡等离子体）的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
精品资料
一、等离子体 简介 (děnglízǐtǐ)
• 等离子体（plasma）是电离了的气体，由正离子（和负离子）、电子、 以及一些中性(zhōngxìng)粒子和基团组成，其电离程度可处在从100% （完全电离的气体）到非常低（10-4~10-6，部分电离气体）的比例范 围内。
精品资料
空气(kōngqì)中不同气压下的放电图像
精品资料
不同glízǐtǐ)在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段，可以用于大气污 染治理，如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机(yǒujī)废气处理，可以用于水 和食品的处理及灭菌，还能作为臭氧发生源。
精品资料
Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
精品资料
高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体，促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量， 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
精品资料
• 等离子体通常被称作物质的第四态，宇宙(yǔzhòu)中绝大部分的可见物质均处 在等离子态，而在日常生活当中，火焰、霓虹灯、闪电都是（或部分是） 不同种类的等离子体。
精品资料
二、等离子体的基本(jīběn)性质
• 等离子体(děnglízǐtǐ)在宏观上近似呈电中性； • 含有大量的自由电子、带电粒子，以及一些激发状态的粒子，是一种特
等离子体PPT幻灯片课件
高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
3
4
2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
14
等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
3
4
2、怎样产生等离子体？
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2：
14
等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
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独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
6
各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
8
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
04等离子体简介PPT课件
磁粘滞、扩散系数、 电阻率、耗散率
由等离子体运动以及等离子体的电阻特性
确定磁场的位形
42
电磁学：面电荷区产生电场，
运动方程：
x=0
32
简谐振荡方程：
• 等离子体的本征振荡，同德拜屏蔽现象一样是等离子体 集体行为的表现之一
• 等离子体振荡与等离子体响应时间的关系：互为倒数 等离子体振荡与得拜屏蔽同是等离子体
对外加扰动的“第一”响应
33
34
§3.3 磁流体力学
等离子体的四种描述/研究方法 （经典、非相对论体系） 1.单粒子轨道理论（最简单、最基本的描述方法） 2. PIC数值模拟方法 particle in cells
27
3、等离子体响应时间： 静态等离子体的德拜长度，主要取决于低温成分的德 拜长度。在较快的过程中，离子不能响应其变化，在 鞘层内不能随时达到热平衡的玻尔兹曼分布，只起到 常数本底作用，此时等离子体的德拜长度只由电子成 份决定。 等离子体的响应时间： 1)、建立德拜屏蔽所需要的时间 2)、等离子体对外加电荷扰动的响应时间 3)、电子以平均的热速度跨越鞘层空间所
的区域，可将玻尔兹曼分布作泰勒展开，并取线性项，
23
可得新的泊松方程：
分别定义等离子体、电子和离子的德拜长度Leabharlann ，则可求得德拜势24
德拜电势示意图
德拜屏蔽是两个过程竞争 的结果:
1、捕获与约束 2、逃逸与屏蔽 (反抗约束)由自由 能与捕获能平衡决定!
德拜长度:
1、随数密度增加而减小，即更 小范围内便可获得足够多的屏 蔽用的粒子
电子平均自由程集体现象的特征尺度。 等离子体波的振荡和波的性质被充分显示出来
4
§3.1 天体磁场的普遍性
等离子体物理ppt课件
v
sin2 sin2 0
B
B0
Bm
B0
sin2 0
磁镜
W W const W//
v
v//
Loss Cone
sin2 0c
B0 Bmc
0a 0c , 则Bmc Bma
临界投射角 0 c
c arcsin 1/
sin2 c B0 / BM 1/ 0 c 粒子被反射，约束在两 磁镜中 0 c 粒子穿过两磁镜，可能 逃逸
y
1
2
rc
rL
r
0
rL B B
r rc rL v vd vL v//
vdB
W qB 3
B B
曲率漂移
vdRc
FRc B qB2
mv/2/ qB2
Rc B Rc2
mv/2/ qB2
B
bˆ Rc2
bˆ
梯度＋曲率联合漂移
vB c
m qB4
(v/2/
v2 2
)
B
(
dB 0 dt
. . .B
. .
.r .
.
. ..
.
2rE
dB dt
ds
dB r2
dt
缓变
漂移方向沿径向，向内
E r dB 2 dt
vdBt
r 2B
dB dt
收缩或向外扩张的螺旋 线。
非均匀电场
非均匀电场
Finite-larmor-radius Effect
非均匀电场
运动主体仍为回旋运动，叠加上电场漂移、电 场不均匀性导致的速度扰动；
可视为对原EXB漂移的修正项；
修正项与电场垂直方向的二阶微商相关； 电漂移修正项与粒子种类(回旋半径)有关电荷 分离电场。
sin2 sin2 0
B
B0
Bm
B0
sin2 0
磁镜
W W const W//
v
v//
Loss Cone
sin2 0c
B0 Bmc
0a 0c , 则Bmc Bma
临界投射角 0 c
c arcsin 1/
sin2 c B0 / BM 1/ 0 c 粒子被反射，约束在两 磁镜中 0 c 粒子穿过两磁镜，可能 逃逸
y
1
2
rc
rL
r
0
rL B B
r rc rL v vd vL v//
vdB
W qB 3
B B
曲率漂移
vdRc
FRc B qB2
mv/2/ qB2
Rc B Rc2
mv/2/ qB2
B
bˆ Rc2
bˆ
梯度＋曲率联合漂移
vB c
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(v/2/
v2 2
)
B
(
dB 0 dt
. . .B
. .
.r .
.
. ..
.
2rE
dB dt
ds
dB r2
dt
缓变
漂移方向沿径向，向内
E r dB 2 dt
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r 2B
dB dt
收缩或向外扩张的螺旋 线。
非均匀电场
非均匀电场
Finite-larmor-radius Effect
非均匀电场
运动主体仍为回旋运动，叠加上电场漂移、电 场不均匀性导致的速度扰动；
可视为对原EXB漂移的修正项；
修正项与电场垂直方向的二阶微商相关； 电漂移修正项与粒子种类(回旋半径)有关电荷 分离电场。
拥有强大能量的“等离子体”科普PPT
”非常非常热的“射频等离子体
利用等离子体的高温，可以加工地球上几乎所以的材料。 ▪等离子“球化”加工后的粉末
我们为什么需要这些“小球”呢？
分享完毕， 感谢聆听！
是的，火焰中也有等离子态。例 如：当我们点燃蜡烛时，固体的 蜡烛就会先融化成液体，然后被 吸入灯芯，在顶端被加热成气体。 这些气体在遇到空气中的氧气时 就会发生化学反应，产生水和二 氧化碳等物质，并且放出大量的 热能和光能。这些热能和光能就 会使周围的空气被激发和电离， 从而形成了等离子态的火焰。
耀眼的电焊
神秘的火焰
我们知道了物质有四种形态：固 体、液体、气体和等离子态。你 有没有想过，火焰到底属于哪一 种呢？它看起来像液体，流动自 如，但是又没有固定的体积和形 状；它也像气体，可以随风飘散， 但是又有明显的颜色和温度；它 更像固体，可以燃烧和发光，但 是又不能触摸和抓住。火焰究竟 是什么呢？
点燃的蜡烛
拥有强大能量的 “等离子体”
目录
1. 等离子体是什么 2. 身边的等离子体 3. 等离子体的分类 4. 等离子体技术和应用
PLASMA
1.究竟什么是 “等离子体”
电影《流浪地球》里的“等离子体-地球发动机”
人类修建了1.2万台 等离子体-地球发动机， 以岩石中的硅等元素为 燃料，成功推动地球逃 出了太阳系。
PLASMA
3.“等离子体” 如何分类
按照“类型”分类
1
天体 等离子体
2
空间 等离子体
3
人造 等离子体
按照“温度”分类
1
高于1000C
高温等离子体 （聚变等离子体）
低于1000CC
低温等离子体 （热等离子体）
2
低温等离子体 （冷等离子体）
等离子体物理学课件
解释等离子体发光的物理原理
等离子体的基本性质
电磁性质
• 等离子体在电场和磁场下的行为 • 等离子体的电导率和介电常数
动力学性质
• 等离子体的输运过程 • 等离子体的热力学性质
等离子体在天体物理中的应用
恒星爆炸中的等离子体
讨论等离子体在恒星爆炸和体的研究
探索行星际空间中等离子体的特性和影响
2 等离子体在新能源领域的应用
讨论等离子体技术在太阳能和风能等新能源技术中的应用
3 等离子体在生物医学中的应用
介绍等离子体在癌症治疗和生物材料领域的发展和研究进展
结语
展望等离子体物理学的未来，谢谢阅读！
等离子体物理学课件
本课件将介绍等离子体的基本概念、产生方式、基本性质，以及在天体物理、 实验室研究和前沿领域中的应用。
等离子体的基本概念
• 解释等离子体的概念 • 比较等离子体与其他物态的差异
等离子体的产生
1 切割/焊接技术中的等离子体
探讨等离子体在金属切割和焊接过程中的作用和产生方式
2 等离子体的发光现象
等离子体的实验室研究
1
实验室设备简介
介绍用于研究等离子体的实验室设备，
等离子体实验的基本技术
2
包括等离子体发生器和诊断工具
讨论实验中的主要技术，如等离子体
控制和诊断方法
3
等离子体实验的数据分析方法
介绍分析实验数据的常见方法，以及 结果的解释
等离子体学的前沿领域
1 等离子体在核聚变中的应用
探索等离子体在核聚变反应中的重要性，并解释其在未来能源领域的潜力
等离子体的基本性质
电磁性质
• 等离子体在电场和磁场下的行为 • 等离子体的电导率和介电常数
动力学性质
• 等离子体的输运过程 • 等离子体的热力学性质
等离子体在天体物理中的应用
恒星爆炸中的等离子体
讨论等离子体在恒星爆炸和体的研究
探索行星际空间中等离子体的特性和影响
2 等离子体在新能源领域的应用
讨论等离子体技术在太阳能和风能等新能源技术中的应用
3 等离子体在生物医学中的应用
介绍等离子体在癌症治疗和生物材料领域的发展和研究进展
结语
展望等离子体物理学的未来，谢谢阅读！
等离子体物理学课件
本课件将介绍等离子体的基本概念、产生方式、基本性质，以及在天体物理、 实验室研究和前沿领域中的应用。
等离子体的基本概念
• 解释等离子体的概念 • 比较等离子体与其他物态的差异
等离子体的产生
1 切割/焊接技术中的等离子体
探讨等离子体在金属切割和焊接过程中的作用和产生方式
2 等离子体的发光现象
等离子体的实验室研究
1
实验室设备简介
介绍用于研究等离子体的实验室设备，
等离子体实验的基本技术
2
包括等离子体发生器和诊断工具
讨论实验中的主要技术，如等离子体
控制和诊断方法
3
等离子体实验的数据分析方法
介绍分析实验数据的常见方法，以及 结果的解释
等离子体学的前沿领域
1 等离子体在核聚变中的应用
探索等离子体在核聚变反应中的重要性，并解释其在未来能源领域的潜力
一、等离子体基本原理ppt课件
时间尺度要求：等离子体碰撞时间、存在时间远大于特
征响应时间
p,p
( D )1/2
kTe/me
等离子体参数：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意 义
1 , 4n 0D 2 ( T 3 /n 0 ) 1 /2
.
1.4 等离子体分类
天然等离子体
按存在分类
人工等离子体
完全电离等离子体
.
空间天体等离子体 什么保护了地球：等离子体
.
空间天体等离子体
北极光
.
空间天体等离子体
逃离太阳的等离子体
.
空间天星体系等：离巨子体大的聚变反应堆
.
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
.密度(cm-3)
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、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
.
聚变等离子体
一个密度几乎相等，每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体，在半径为r的球形区域 内，此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定， 此球表面的静电位为：
V Q
4 0r .
Q=eδn，为球内静电荷，其中e为电子电荷，此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
(东南大学)等离子体显示PPT课件-电子书
3．离子体具有很高的温度。一般说来，即使温 度在 1 万℃左右，物质中等离子体所占的比例约 为1%。因此，在我们生存的空间，等离子体现象 很少见。然而宇宙中大量的物质均以等离子体的形 式存在，等离子体约占宇宙物质的99％，甚至更 多，这是因为宇宙中大部分物质都集中在恒星内， 而恒星的温度都比较高，如太阳中心的温度高达1 千万℃，那里的物质显然都以等离子体的形式存在。 离子体物理是研究等离子体的性质及其和外界相 互作用的学科。
等离子体又被称为物质的第四态，它是由电子 和正离子组成的一种物质的聚集态。众所周知， 物质的聚集态随着物质温度的升高会发生由固态 到液态最后到气态的变化。然而，这只是常温状 态下的情况，如果温度升高，达到几万度甚至几 十万度，则分子和原子之间已难以相互束缚，原 子中的电子也会摆脱核的束缚而成为自由电子， 这样原来的气体就变成了一团由电子和核离子组 成的混合物。这种混合物就称为等离子体。等离 子体是一种全新的物质的状态，它与气体有本质 的区别。
五、降低功耗 功耗大是PDP的一个弱点，对此，世界各 PDP厂家都做了许多工作。例如美国Plasma公 司通过采用减少PDP用电容的恢复支持电路， PDP 使其研制的21英寸彩色PDP的功耗减少了100W。 日本先锋公司在其PDP产品中使用了4个先进的 系统集成电路，也有效地降低了功耗。 世界各 PDP厂家的近期目标是把目前的300～500W功 耗降到200～300W的水平。
七、改进对比度
在彩色PDP中，需要利用预放电信号光(背景辉光)稳定 PDP的发光。但是这样，在显示暗场时，屏上会出现模糊 的光，从而降低了对比度。这就需要降低这种背景光，以 确保PDP的暗场对比度。日本富士通公司已对此提出了一 种子场寻址技术，用以降低PDP的背景辉光。这种技术就 是把显示的每一帧图像分成一系列与灰度密度相对应的子 场，以显示连续灰度的图像。在对选中的子场进行写入操 作时，需要擦除前面子场的信息，并建立正常的壁电荷， 而这个擦除与建立的过程是由能减少背景辉光的子场发微 光微弱气体放电完成的。采用这种技术，美国Plasma公司 在其PDP产品上实现了200∶1的暗场对比度。
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等离子体物理与应用，科大 P7
Copyright by Wandong LIU
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
等离子体物理与应用，科大 P8
密度(cm )-3
Copyright by Wandong LIU
等离子体物理及应用领域
主要内容
▪ 等离子体物理及学科
▪ 等离子体概念和基本性质
▪ 等离子体物理学科发展史及研究领域
▪ 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
等离子体物理与应用，科大 P2
4neD3
4nene00Tee2
3/2
T3/2ne1/2
德拜球中的粒子数（ 3 ）必须具有统计意义
2/3 4
T 1/3 e
e2
40ne1/3
等离子体是弱耦合的
近 “理想”电离气体
▪ 对弱电离情况：带电粒子与中性粒子作用远小于带电粒子之间的作用
w en m axee, p e ee
电离度0.1%以上
等离子体物理与应用，科大 P14
Copyright by Wandong LIU
等离子体波
非磁化等离子体中波动
离子声波：离子运动，低频，与普通声波类似，纵波
w /k C s e T eiT i /m ie T e/m i
电子等离子体波：电子运动，高频，纵波
w w 2p 2e3T e/m e k2
地 人类球的上生，存人伴造随的着等离水子，体水也存越在来的越环多境地是出地现球在文我明 们 得的以周进围化。、发展的的热力学环境，这种环境远离 等– 离日子常生体活物中态：普日遍光存灯在、的电状弧、态等。离因子而体，显天示然屏等、离臭 子体氧就发生只器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。
聚变、太阳核心
低温
高温
等离子体 100000C 等离子体
电子温度
1eV
等离子体物理与应用，科大 P10
Copyright by Wandong LIU
德拜( Debye )屏蔽
＋
－
在等离子体中引入电场，经过一定的时间……..
德拜( Debye )屏蔽
特征响应时间：tp＝ D/vT＝1/wp
＋
－
屏蔽层厚度：德拜长度 D
等离子体波
磁化等离子体中波动
Alfen 波：低频波，等离子体与磁场冻结在一起，相 当于弹性介质：
w /k V A (B 2/ 0 m in 0)1 /2
等离子体的描述方法
等离子体描述是一致的，通常是经典、非相对论的体系
– 经典： hp n1/3
– 非相对论： T mc2
▪ 电磁场运动
麦克斯韦方程
▪ 粒子运动
– 直接粒子描述： 每个粒子运动由牛顿方程描述（对现实体系
的粒子数几乎是不可能的，计算机 PIC 模拟方法以此为基础）
– 动力论描述：相空间粒子概率分布 f x,v,t 描述，
等离子体物理与应用，科大 P3
Copyright by Wandong LIU
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。
电离气体是一种常见的等离子体
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 性放质电。是使气体转变成等离子体的一种常见形式
“电性”等比离“子中体性” 电 更重离要气体( 电离度 >10-4 )
等离子体物理与应用，科大 P6
Copyright by Wandong LIU
宇宙中90％物质处于等离子体态
Copyright by Wandong LIU
主要内容
▪ 等离子体物理及学科
▪ 等离子体概念和基本性质
▪ 等离子体物理学科发展史及研究领域
▪ 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
df dt
f t
v fxa vf ftc
– 流体描述：将等离子体视为电磁相互作用起主导作用的流体，
（电）磁流体（EMHD，MHD）
等离子体物理与应用，科大 P9
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等离子体分类
极光、日光灯 电弧、碘钨灯
冷等离子体 Te≠Ti, Ta
热等离子体 Te＝Ti, Ta
电磁波：横波，等离子体可视为介质，折射率 n < 1， 小于等离子体频率的波不能传播
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等离子体物理与应用，科大 P15
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等离子体波
无线电波在电离层的反射
截止层： f = fc = 9 ne1/2
等离子体物理与应用，科大 P16
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– 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、
由地喷球涂、表烧面结向、外冶，炼等、离加热子、体有是害几物乎处所理有可见物质 的– 存高在技术形应式用，：大托气卡外马侧克的、电惯性离约层束、聚日变地、空氢间弹的、太高 阳风功、率微太波阳器日件冕、、离太子阳源内、部强流、束星、际飞空行间器、鞘星套云与及尾 星团迹，毫无例外的都是等离子体。
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——德拜屏蔽
准中性
＋
－
在等离子体内部，正、负电荷数几乎相等——准中性
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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 t t pe ▪ 等离子体存在空间尺度：必须大于德拜长度，即 l D ▪ 等离子体参数：必须远大于1，即 1
– 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。
等离子体物理与应用，科大 P4
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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
00C
1000C
等离子体物理与应用，科大 P5
100000C 温度
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