第一章等离子体概述2014

1、固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000Cn1 eV=11600 K 电离气体需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体性质。“电性”比“中性”更重要 ( 电离度 10-4 )维基百科 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Plasma一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态1，P

2、lasma是源自希腊文，意为可形塑的物体，此字有随着容器形状改变自身形状之意，如灯管中的等离子体会随着灯管的形状改变自身的形状。 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。 人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只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。由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕

3、、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只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。由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。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

4、、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹密度(cm-3)温度(度)太阳核心 磁约束聚 变霓虹灯 北极光 火 焰闪电日冕 氢弹星际空间荧光气体液 体固 体人类居住环境惯性聚变星 云太阳风等离子体参数空间冷等离子体TeTi, Ta热等离子体TeTi, Ta电弧、碘钨灯极光、日光灯电子温度100000C1eV聚变、太阳核心高 温等离子体低 温等离子体放电管中电离气体，现象认识建立等离子体物理基本理论框架低温应用等离子体高温聚变等离子体空间和天体等离子体性约束两种方法来达到上述条件。实验机理：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积

5、出所期望的薄膜。低温等离子体应用PECVD作用：在硅片表面镀上一层深蓝色的氮化硅膜，可以充分吸收太阳光，降低反射，并且氮化硅膜有钝化的作用，保护电池片不受污染。PECVD原理：利用硅烷（SiH4）与氨气（NH3）在等离子体中反应，生成Si3N4沉积到硅片表面。干法刻蚀化学方程式： PECVD效果： 纳米尺度上针尖状表面特征类金刚石表面制造实验室与日本原子力所先进科学研究中心合作，开展了非平衡薄膜表面制造的研究，成功第地制备了纳米尺度的针状表面、波纹表面，树枝状表面、正弦表面等表面结构，其中波纹表面，是应用薄膜生长过程的自组织过程中直接形成的。（J. Chem.Phys. 116, 10458，

6、2002）纳米尺度上波纹状表面树枝状表面大面积正弦表面毫米级厚金刚石片制备研究 应用PCVD方法开展金刚石模制备研究开展了多年，对制备过程中物理化学及工艺过程进行了系统研究。可以稳定地制备高质量毫米量级厚度的金刚石片，并用金刚石膜加工成金刚石电子热沉片，热导率高达7.6W/(kcm)，可用于大功率电子器件。（ Physics of Plasma, 5, 1541, 1998、 J. Phys. D, 31, 3327, 1998、J. Vac. Sci. Tech. A，20, 941, 2002）纯金刚石片（直径30mm）半透纯金刚石热沉片10 x10 mm2 带Si衬底的金刚石厚膜金刚石质

7、量表征军事应用等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵高技术大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进低温等离子体应用低温等离子体应用空间天体等离子体北极光空间天体等离子体 空间天体等离子体 空间天体等离子体聚变等离子体D3He4HeTULi聚变能裂变能原子质量平均结合能聚变等离子体D + T = n + 4HeD + T = p + 3He聚变等离子体G 10克氘15克氚 人一生所需能源A 500升海水含10克氘B 无环境污染及长寿命放 射性废料聚变等离子体劳逊判据（Q1）T10keV （1亿度）nt 3x1020m-3s聚变等离子体聚变等离子体聚变等离子体1985年建成，10路45000焦耳，1纳秒2倍频/3倍频2003年建成, 192束180万焦耳，3纳秒500TW，近紫外光等离子体科学涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、国防和高技术应用、天体和空间等离子体