微波等离子体学习小结
等离子体物理基础知识总结
等离子体基础知识总结冷等离子体是等离子体一种近似模型。
它假定等离子体的温度为零，用来讨论热效应可以忽略的物理过程。
例如，等离子体中的波，当其相速度远大于平均热速度、同时回旋半径远小于垂直于外磁场方向的波长时，热效应不重要，便可用冷等离子体模型来讨论（这种波称为冷等离子体波）。
在实际处理中，冷等离子体模型也可用于高温等离子体。
在等离子体中同时存在三种力：热压力、静电力和磁场力。
它们对于等离子体粒子的扰动都起着弹性恢复力的作用。
因此等离子体不像一般的弹性体，波动现象非常丰富，存在着声波（热压力驱动）、纵波（静电力驱动）、横波（电磁力驱动）以及它们的混杂波。
热压力的存在会产生类似中性气体中声波的“离子声波”，静电力的存在会产生静电波，电磁力的存在会产生电磁波。
这些波又不是单独产生的，常常还同时产生形成混杂波。
等离子体中的波基本形式通常分为三类：静电波、电磁波和磁流体力学波。
群速度不能超过光速，因为群速度表示波所携带“信息”在空间的传播快慢。
而相速度可以超过光速，相速度是常相位总移动速度，不携带任何信息。
波群在色散系统中传播是，组成该波群的不同频率的单色波具有不同的相速，在传播过程中各单色波之间的相位关系将发生变化，从而导致信号的失真，这就是色散。
“色散”两字的本省意思实际上指信号的失真（或称畸变），它是由于组成波群的各单色波因频率不同因而相速不同引起的，所以把这种相速随频率改变的现象也叫做色散。
如果两列波具有相同的速率（相速度），则最终形成的波的包络也具有和原来两列波相如果两列波速率（相速度）略有不同，则最终形成的波的包络和原来两列波相同的速率波的偏振即是波的极化，是指空间固定点的波矢量E 的端点在2π/w 时间内的轨迹，对于电磁波是指电磁波中的电场矢量的端点轨迹如果等离子体中的电子与均匀的粒子本底有个位移，将会建立电场，它将把电子拉回到原来的位置。
由于惯性，电子将冲过平衡位置，并以特征频率围绕它们的平衡轴振荡。
微波激发等离子体原理
微波激发等离子体原理微波激发等离子体是一种常见的无接触式加热和激发等离子体的技术，广泛应用于等离子体物理研究、医疗领域以及工业应用中。
其原理是通过在磁场中加入高频电磁波，使电子加热并获得足够的能量逃逸自原子，从而形成等离子体。
微波激发等离子体的原理是基于电子受到高频电场的驱动而运动形成等离子体的现象。
在一个均匀磁场中，这个系统呈现一个简谐振动的结构。
当加入高频的电磁波时，电子受到电场的驱动，开始在垂直于磁场方向上运动。
在这个运动过程中，电子受到高频电场力的作用，会产生一个哈密顿量在与高频电场频率相同的共振频率上的震荡条件。
这个震荡条件是通过磁场和电场对电子的双重作用实现的。
首先，电子在磁场中受到洛伦兹力的作用，使其沿着磁场方向上的速度不变。
其次，电子在高频电场的驱动下，会有类似于谐振子的运动，其频率与高频电场频率相同。
这两个力的平衡条件可以写成准经典的欧姆&middle分[b+→]轨道方程：m*d2x/dt2 = q*(v×B) - q*E*sin(ωt)其中，m是电子的质量，x是电子在垂直于磁场的方向上的位移，t是时间，q是电子的电荷，v是电子的速度，B是磁场的磁感应强度，E是高频电场的电场强度，ω是高频电场的角频率。
通过解这个方程，可以得到电子在高频电场的驱动下的位移和速度的表达式，其中关键的是电子受到高频电场力的强度，即E*sin(ωt)项。
当电子受到足够强的高频电场力的驱动时，它会获得能量并克服静电能量障壁，逃逸自原子，形成新的自由电子。
这些获得足够能量的电子被称为等离子体电子，它们由于能量的增加而呈现出更高的速度。
与此同时，底层原子失去了电子，形成正离子。
通过适当调节高频电场的频率和磁场强度，可以控制等离子体中电子和离子的数量和能量。
由于微波激发等离子体具有非常高的温度和能量，因此在工业应用中，它可以用于加热和熔化材料、杀菌和干燥物体等。
微波激发等离子体技术有着许多优点，例如高效率、可控性和无接触等。
微波等离子体光谱技术的发展(一)
微波等离子体光谱技术的发展(一)辛仁轩【摘要】微波等离子体光源是一类有较强激发能力的原子发射光谱光源,主要包括微波感生等离子体光源(MIP),微波电容耦合等离子体光源及微波等离子体炬光源.文章分两部分,第一部分介绍了微波感生等离子体光源的结构原理和性能,并对它们的技术特点和进展进行评述.低功率微波感生等离子体光源用于直接测定溶液中某些痕量金属元素是比较困难的,如Pb,Hg,Se等元素,但它已成功地与气相色谱联用用于测定C,H,O,N,S等难激发的非金属元素.高功率磁场激发的氮-微波感生等离子体光源(N2-MIP),允许使用通用玻璃同心雾化器产生湿试液气溶胶直接进入等离子体核心,等离子体能稳定运行,其分析性能近似于商用ICP光源,且运行费用低廉,是有发展前景的一种新型原子发射光谱光源.【期刊名称】《中国无机分析化学》【年(卷),期】2012(002)004【总页数】9页(P1-9)【关键词】微波等离子体光源;微波感生等离子体光源;微波等离子体光谱仪;评述【作者】辛仁轩【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】O657.31;TH744.11 引言微波等离子体是一种重要的原子发射光谱光源。
光谱光源是发射光谱仪器的核心，它决定了光谱仪的分析性能及仪器结构。
每一种新型光源的出现，就导致一类新型仪器的快速发展。
电感耦合等离子体（ICP）发射光源的出现，并发展成为目前无机分析广泛应用分析技术，大大促进了无机元素分析技术向灵敏，准确，简便，快速方向迈进。
然而，由于ICP光谱分析仪器要消耗大量的稀有气体——氩气，是该技术明显的缺点，发展节省氩气的新型发射光谱光源就成为光谱分析技术领域的重要目标［1］。
微波等离子体（Microwave Plasma，简称MWP）是比电感耦合等离子体更早被研究的发射光谱光源，是等离子体光源家族的重要成员，它可在很低功率下运行及节省工作气体的优点，曾经被视作有推广应用前景的分析光源。
微波等离子体原理
微波等离子体原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠微波等离子体原理。
你说这微波等离子体啊，就像是一个神秘又厉害的魔法。
咱平常生活里的很多东西，可都跟它有关系呢！想象一下，在一个小小的空间里，微波就像一群小精灵，欢快地跳动着，然后呢，嘿，就产生了等离子体！这等离子体可不是一般的玩意儿，它有着超级神奇的力量。
就好比说，我们去看那美丽的霓虹灯，那绚烂的色彩，很多就是微波等离子体的功劳呀！它能让那些灯光变得那么耀眼，那么吸引人。
这就好像一个优秀的画家，用它独特的“画笔”给我们画出了一幅又一幅精彩的画面。
还有啊，在一些高科技的领域，微波等离子体也是大显身手呢！它就像一个勇敢的战士，冲锋陷阵，解决各种难题。
比如说在材料加工方面，它能让材料变得更坚硬、更耐用，就像是给材料穿上了一层坚固的铠甲。
咱再想想，要是没有微波等离子体，那我们的生活得少了多少乐趣和便利呀！它就像是一个默默奉献的幕后英雄，虽然我们可能平时不太注意到它，但它却一直在为我们的生活添彩。
微波等离子体的原理呢，其实也不难理解。
就是微波的能量激发了物质，让它们变成了等离子体状态。
这就好像是给一个沉睡的巨人注入了力量，让它苏醒过来，开始发挥它的威力。
你说这神奇不神奇？它能做到很多我们以前想都不敢想的事情。
而且啊，随着科技的不断进步，微波等离子体的应用肯定会越来越广泛。
说不定哪天，我们家里的各种东西都离不开它了呢！所以啊，朋友们，可别小看了这微波等离子体原理。
它虽然听起来很专业、很神秘，但其实就在我们身边，影响着我们生活的方方面面。
让我们一起期待它给我们带来更多的惊喜和奇迹吧！这就是微波等离子体，一个充满魅力和潜力的存在！难道不是吗？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
等离子体物理：课程总结
引
特点！
导
区别！
中
心
总
单粒子轨道运动 漂移的物理根源是什么？
漂 移
✓带电粒子的电场/重力漂移
✓带电粒子的梯度漂移 ✓带电粒子的曲率漂移
特点！ 区别！
绝热不变 量（寝渐 不变量）
第一个绝热不变量μ
d
(
m
2
)＝0
拉莫尔回转☺周期运动
dt 2B
第二个绝热不变量J
b
粒子在磁镜间反跳☺周期运动 J a //ds cons. 第三个绝热不变量Φ 不变
•由大量处于非束缚态的带电粒子组成的表现出集 体行为的准中性宏观体系.
什么是等离子体?
•等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中性粒 子(原子、分子、微粒等)组成的，宏观上呈现准中 性、且具有集体效应的混合气体 (李定等：等离子 体物理学，高等教育出版社)
• A plasma is a quasineutral gas of charged and neutral particles which exhibits collective behavior. F. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Plenum Press, 1984
cm-3
等离子体判据
等离子体存在满足下面三个条件
第一个条件：
即等离子体的德拜长度大于粒子间的平均距离，德拜屏蔽效应是大量 粒子的统计效应，统计条件要求德拜球内有大量的粒子，为此必须满 足此条件。
第二个条件：
即德拜长度远小于等离子体特征长度，由于在德拜球内不能保 证此电中性。所以不满足这个条件，就不可能把等离子体看作 电中性的物质聚集态。
微波等离子体的优点
微波等离子体的优点
一、概述
目前低温等离子体（温度为2000～50000K）已得到广泛应用，工业上已成为一种重要的工艺手段，例如用等离子弧进行切割、焊接、喷涂；制造各种新颖的光源和显示器；热电直接转换的磁流体发电等。
在化工部门，等离子体化学已成为一个十分活跃的新领域。
在微电子工业，等离子体刻蚀和气相沉积应用得十分广泛。
以上情况表明，低温等离子体已逐渐渗透到很多领域，展示了广阔的前景。
二、用微波激发等离子体有如下优点
1.有较高的电离和分解程度
2.电子温度和离子温度对中性气体温度之比非常高，运载气体保持合适的温度。
这个特性，在气相沉积的情况下，可使基底的温度不会过高。
3.能在高气压下维持等离子体。
4.没有内部电极，在等离子容器内，没有工作气体以外的任何物质，是洁净的，无污染源。
等离子发生器可以保持长寿命。
5.等离子可以采用磁约束的方法，约束在约定的空间内，微波结和磁路可以兼容。
6.安全因素高。
高压源和等离子体发生器互相隔离，这是直流等离子体不能达到的。
微波泄漏小，容易达到辐射安全标准。
这是高频感应等离子体难以达到的。
7.微波发生器是稳定的，易控的。
8.微波等离子体，在许多情况下是一种比较宁静的等离子体，不象直流放电那样伴随很高的噪声级。
三、微波激发等离子体的多种形式
1.微波传输线和谐振腔。
2.慢波结构边缘场。
3.近场微波天线。
4.同轴基表面波激发等离子体柱和波导基表面波激发等离子体柱。
5.利用电子回旋共振激发等离子体。
微波等离子体原理
微波等离子体原理微波等离子体技术是一种新型的等离子体发生技术，它利用微波能量来激发气体分子，使其电离成等离子体。
微波等离子体技术在材料加工、环境治理、能源开发等领域具有广泛的应用前景。
本文将从微波等离子体的基本原理、特性和应用方面进行介绍。
首先，我们来了解一下微波等离子体的基本原理。
微波等离子体是通过微波能量来激发气体分子，使其电离成等离子体。
在微波场的作用下，气体分子会受到电磁力的作用而加速运动，从而发生碰撞和电离。
当气体分子电离成等离子体后，会产生丰富的自由电子、正离子和激发态分子，形成等离子体云。
微波等离子体的产生过程是一个复杂的非平衡态过程，需要考虑电磁场、气体动力学、等离子体动力学等多个因素的综合作用。
其次，微波等离子体具有一些特殊的特性。
首先，微波等离子体的电离效率高，能够在较低的能量输入下产生丰富的等离子体。
其次，微波等离子体的温度较低，能够在较低的温度条件下产生等离子体，适用于对材料进行精细加工。
此外，微波等离子体还具有较高的等离子体密度和较短的响应时间，能够快速响应外部激励信号。
这些特性使得微波等离子体在材料加工、环境治理、能源开发等领域具有广泛的应用前景。
最后，我们来看一下微波等离子体在各个领域的应用。
在材料加工领域，微波等离子体可以用于表面改性、薄膜沉积、纳米材料合成等方面，具有高效、环保、低能耗的优势。
在环境治理领域，微波等离子体可以用于废气处理、水处理、固体废物处理等方面，能够高效降解有机污染物和重金属离子。
在能源开发领域，微波等离子体可以用于等离子体聚变、等离子体反应堆等方面，具有高效、清洁、可持续的特点。
综上所述，微波等离子体技术是一种新型的等离子体发生技术，具有高电离效率、低温度、高密度和短响应时间等特点，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，相信微波等离子体技术将在材料加工、环境治理、能源开发等领域发挥越来越重要的作用。
微波等离子体学习小结
（2）等离子体灯发光系统的光谱自吸收理论 （3）等离子体发光系统扩散控制的击穿机理
（4）微波等离子灯热状况理论分析
微波输入功率越大，能量传递过程更加充分，等离子体温度 上升，使趋肤效应的屏蔽作用更加明显
微波等离子灯
国内研究现状：
微波等离子体灯并没有真正推广原因
（1）没有真正的自主知识产权 （2）稳定性差、光色偏绿、寿命短等缺点没有攻克
改变主要发光物质
（1）InBr (溴化铟) 更接近太阳光谱，显色指数95，光效 高于100lm/W （2）SnBr2(二溴化锡)，汞为辅助填充物，缓冲气体氩气 配套光具 反光罩与导光管
微波等离子灯
理论基础
（1）发光原理
硫在高温下主要以S2分子存在。在高气压1MPa和高温640摄氏 度下，分子能级的激发引起紫外线辐射强烈的自吸收，使得 可见光大大加强。
射频放电
微波放电
等离子体为介电媒质，电磁辐 射与等离子体为集体相互作用
微波等离子体技术
理论基础
01 02 03
2 理论基础
1
2 3
气体的微波击穿
微波传输系统中传输功率与模式场的关系 微波激励气体放电的电子速度分布函数 微波电子回旋激励系统中气体放电的击穿条件
4
5 6
微波放电能量馈入结构的要求 微波放电的击穿电场 微波电子回旋激励系统中的放电击穿功率
微波等离子体技术 --学习汇报
Contents
01
02
03
微波等离子体技术
背景介绍
01 02 03
1 背景介绍 微波等离子体特点：
电子温度 产生气体范围 高 宽 5eV~15eV
大气压强～ 10-6Torr
1 背景介绍
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射频放电
微波放电
等离子体为介电媒质，电磁辐 射与等离子体为集体相互作用
微波等离子体技术
理论基础
01 02 03
2 理论基础
1
2 3
气体的微波击穿
微波传输系统中传输功率与模式场的关系 微波激励气体放电的电子速度分布函数 微波电子回旋激励系统中气体放电的击穿条件
4
5 6
微波放电能量馈入结构的要求 微波放电的击穿电场 微波电子回旋激励系统中的放电击穿功率
2 理论基础
微波等离子体的反应器结构
波导耦合型 圆柱谐振腔型
ECR(电子回旋谐振)型
2 理论基础
微波等离子体的反应器结构
波导耦合型
微波等离子体技术
应用现状
01 02 03
微波等离子灯
利用频率为2459MHz电磁能量来激励硫粉 等发光物质，使其在石英泡壳中形成等离子 体并发光的无极放电灯。
光通量 亮度 光效 相关色温
光强 照度 色温 显色指数
微波等离子灯
改变附加填充物对某一性能的改变（激励硫粉发光）
（1）氪85 提高灯泡的启动性能 （2）NaI等物质 改变硫灯相关色温 （3）低电离势物质 提高光色的空间均匀性，熄灭特性，起 辉可靠性等 （4）氙气 提高光效（同时加少量氩气，提高启动性能） （5）氖气，少量氩气 降低放电电压，缩短启动时间
改变主要发光物质
（1）InBr (溴化铟) 更接近太阳光谱，显色指数95，光效 高于100lm/W （2）SnBr2(二溴化锡)，汞为辅助填充物，缓冲气体氩气 配套光具 反光罩与导光管
微波等离子灯
理论基础
（1）发光原理
硫在高温下主要以S2分子存在。在高气压1MPa和高温640摄氏 度下，分子能级的激发引起紫外线辐射强烈的自吸收，使得 可见光大大加强。
（2）等离子体灯发光系统的光谱自吸收理论 （3）等离子体发光系统扩散控制的击穿机理
（4）微波等离子灯热状况理论分析
微波输入功率越大，能量传递过程更加充分，等离Байду номын сангаас体温度 上升，使趋肤效应的屏蔽作用更加明显
微波等离子灯
国内研究现状：
微波等离子体灯并没有真正推广原因
（1）没有真正的自主知识产权 （2）稳定性差、光色偏绿、寿命短等缺点没有攻克
微波等离子体技术 --学习汇报
Contents
01
02
03
微波等离子体技术
背景介绍
01 02 03
1 背景介绍 微波等离子体特点：
电子温度 产生气体范围 高 宽 5eV~15eV
大气压强～ 10-6Torr
1 背景介绍
方案
直流放电
现有放电技术
特点
有极放电，密度低，电离度低， 运行气压高 无极放电，密度与电离度有所 提高，但应用范围受限