等離子體百科

1、等離子體等離子體等離子體又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間，空間物理，地球物理等科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介看似“神秘”的等離子體，其實(shí)是宇宙中一種常見(jiàn)的物質(zhì)，在太陽(yáng)、恒星、閃電

2、中都存在等離子體，它占了整個(gè)宇宙的99%。21世紀(jì)人們已經(jīng)掌握和利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)產(chǎn)生來(lái)控制等離子體。例如焊工們用高溫等離子體焊接金屬。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。低溫等離子體廣泛運(yùn)用于多種等離子體生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運(yùn)用，讓網(wǎng)絡(luò)時(shí)代成為現(xiàn)實(shí)。高溫等離子體只有在溫度足夠高時(shí)發(fā)生的。太陽(yáng)和恒星不斷地發(fā)出這種等離子體，組成了宇宙的99%。低溫等離子體是在常溫

3、下發(fā)生的等離子體（雖然電子的溫度很高）。低溫等離子體體可以被用于氧化、變性等表面處理或者在有機(jī)物和無(wú)機(jī)物上進(jìn)行沉淀涂層處理。等離子體等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，廣泛存在于宇宙中，常被視為是物質(zhì)的第四態(tài)，被稱(chēng)為等離子態(tài)，或者“超氣態(tài)”，也稱(chēng)“電漿體”。等離子體具有很高的電導(dǎo)率，與電磁場(chǎng)存在極強(qiáng)的耦合作用。等離子體是由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)的，1928年美國(guó)科學(xué)家歐文朗繆爾和湯克斯（Tonks）

4、首次將“等離子體”（plasma）一詞引入物理學(xué)，用來(lái)描述氣體放電管里的物質(zhì)形態(tài)[1]。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，等離子體是具有高位能動(dòng)能的氣體團(tuán)，等離子體的總帶電量仍是中性，借由電場(chǎng)或磁場(chǎng)的高動(dòng)能將外層的電子擊出，結(jié)果電子已不再被束縛于原子核，而成為高位能高動(dòng)能的自由電子。等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，即電離了的“氣體”，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子(具有不同符號(hào)和電荷)、電子、原子和分子。其實(shí)，人們對(duì)等離子體現(xiàn)象并不生疏。在自然界里，熾熱爍爍

5、的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結(jié)果。對(duì)于整個(gè)宇宙來(lái)講，幾乎999%以上的物質(zhì)都是以等離子體態(tài)存在的，如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法，如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離子體。分子或原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由電子和原子核組成。在通常情況下，即上述物質(zhì)前三種形態(tài)，電子與核之間的關(guān)系比較固定，即電子以不同的能級(jí)存在于核場(chǎng)的周?chē)?，其?shì)能或動(dòng)能不大。等離子體由離子、電子以及未電離的中性粒

6、子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)從1935年延續(xù)至1952年，蘇聯(lián)的H.H.博戈留博夫、英國(guó)的M.玻恩等從劉維定理出發(fā)，得到了不封閉的方程組系列，名為BBGKY鏈。由它可導(dǎo)出符拉索夫方程等這給等離子體動(dòng)力論奠定了理論基礎(chǔ)。1950年以后，因?yàn)橛?、美、蘇等國(guó)開(kāi)始大力研究受控?zé)岷朔磻?yīng)，促使等離子體物理蓬勃發(fā)展。熱核反應(yīng)的概念最早出現(xiàn)于1929年，當(dāng)時(shí)英國(guó)的阿特金森和奧地利的豪特曼斯提出設(shè)想，太陽(yáng)內(nèi)部輕元素的核之間的熱核反應(yīng)所釋放的能量是太

7、陽(yáng)能的來(lái)源，這是天然的自控?zé)岷朔磻?yīng)。1957年英國(guó)的J.D.勞孫提出受控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)現(xiàn)能量增益的條件，即勞孫判據(jù)。50年代以來(lái)已建成了一批受控聚變的實(shí)驗(yàn)裝置，如美國(guó)的仿星器和磁鏡以及蘇聯(lián)的托卡馬克，這三種是磁約束熱核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。60年代后又建立一批慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置。環(huán)狀磁約束等離子體的平衡問(wèn)題由蘇聯(lián)的V.D.沙弗拉諾夫等解決。美國(guó)的M.克魯斯卡和沙弗拉諾夫?qū)С隽俗钪匾囊环N等離子體不穩(wěn)定性，即扭曲不穩(wěn)定性的判據(jù)。1958年美國(guó)的I.

8、B.伯恩斯坦等提出分析宏觀不穩(wěn)定性的能量原理。處在環(huán)狀磁場(chǎng)中的等離子體的輸運(yùn)系數(shù)首先由聯(lián)邦德國(guó)的D.普菲爾施等作了研究(1962)，他們給出在密度較大區(qū)的擴(kuò)散系數(shù)，蘇聯(lián)的A.A.加列耶夫等給出了密度較小區(qū)的擴(kuò)散系散(1967)，這一理論適用于托卡馬克這類(lèi)環(huán)狀磁約束等離子體中的輸運(yùn)過(guò)程被命名為新經(jīng)典理論。自從蘇聯(lián)在1957年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星以后，很多國(guó)家陸續(xù)發(fā)射了科學(xué)衛(wèi)星和空間實(shí)驗(yàn)室，獲得很多觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這極大地推動(dòng)天體和空間等離

9、子體物理學(xué)的發(fā)展。1959年美國(guó)的J.A.范艾倫預(yù)言地球上空存在著強(qiáng)輻射帶，這一預(yù)言為日后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，即稱(chēng)為范艾倫帶。1958年美國(guó)的E.N.帕克提出了太陽(yáng)風(fēng)模型。1974年美國(guó)的D.A.格內(nèi)特根據(jù)衛(wèi)星資料，認(rèn)證出地球是一顆輻射星體，為長(zhǎng)波輻射和熱紅外輻射[3]。地球輻射的輻射源是地球，其波長(zhǎng)范圍約為4～120微米，為長(zhǎng)波輻射[3]。輻射能量的99%集中在3微米以上的波長(zhǎng)范圍內(nèi)[3]。地球輻射的最強(qiáng)波長(zhǎng)約為97微米[3]。在此期間，一些

10、低溫等離子體技術(shù)也在以往氣體放電和電弧技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步得到應(yīng)用與推廣，如等離子體切割、焊接、噴鍍、磁流體發(fā)電，等離子體化工，等離子體冶金，以及火箭的離子推進(jìn)等，都推動(dòng)了對(duì)非完全電離的低溫等離子體性質(zhì)的研究。離子效應(yīng)離子效應(yīng)電離層有大氣的球面組成，其中帶有已經(jīng)被太陽(yáng)輻射而電離的離子，這就是等離子體區(qū)，形成不同離子密度的層D、E、F1、F2。在航天器重返大氣時(shí)，由于摩擦產(chǎn)生的高溫在器表面形成了很濃密的等離子體，這些電子密度足夠高時(shí)，會(huì)致