气体等离子体5

气体放电中等离子体研究教师：

2009.03教学内容1.等离子体物理学科发展史和主要研究领域2.认识等离子体3.等离子体诊断5.注意事项4.实验软件介绍和演示等离子体物理学科发展简史19世纪30年代起放电管中电离气体，现象认识建立等离子体物理基本理论框架20世纪50年代起受控热核聚变空间技术等离子体物理成为独立的分支学科20世纪80年代起气体放电和电弧技术发展应用低温等离子体物理发展等离子体物理主要研究领域低温应用等离子体冷等离子体热等离子体聚变等离子体磁约束聚变惯性约束聚变空间和天体等离子体空间等离子体形态空间天体等离子体北极光空间天体等离子体星系：巨大的聚变反应堆

空间天体等离子体空间天体等离子体恒星：等离子体球宇宙中90％物质处于等离子体态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。认识等离子体地球上，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、飞行器鞘套与尾迹宇宙中90％物质处于等离子体态认识等离子体密度(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认识等离子体等离子体概念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带正负电荷的粒子（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的运动紧密耦合，不可分割。集体效应起主导作用认识等离子体等离子体分类冷等离子体热等离子体电弧、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

等离子体认识等离子体等离子体是物质第四态固体

冰液体

水气体

水汽等离子体

电离气体温度00C1000C100000C认识等离子体电离气体是一种常见的等离子体放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式

等离子体电离气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质。也就是说要充分电离认识等离子体等离子体特性①高度电离，是电和热的良导体，具有比普通气体大几百倍的比热容。②带正电的和带负电的粒子密度几乎相等。③宏观上是电中性的。认识等离子体等离子体的主要参量①电子温度T②带电粒子密度③轴向电场强度EL。④电子平均动能；⑤空间电位分布。

在等离子体中引入电场，经过一定的时间……..德拜(Debye)屏蔽＋－等离子体诊断＋

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，屏蔽探针电场——德拜屏蔽德拜(Debye)屏蔽－屏蔽层厚度：德拜长度lD等离子体诊断＋在等离子体内部，正、负电荷数几乎相等——准中性

neni

准中性－等离子体诊断等离子体诊断等离子体诊断－单探针法单探针法

探针是封入等离子体中的一个小的金属电极（其形状可以是平板形、圆柱形、球形），其接法如图所示。以放电管的阴极作为参考点，改变探针电位，测出相应的探针电流，便可得到探针电流与其电位之间的关系，即探针伏安特性曲线。

等离子体诊断等离子体诊断－单探针法单探针伏安特性曲线等离子体诊断等离子体诊断－单探针法探针电子电流的对数特性注意事项注意事项

放电单元输出的是高压，应使所有的实验线路接好后再接通放电单元，一旦放电单元接通后，就不允许再用手去碰任何电极，以免触电。

高压触发时间不要太长，一般可在数秒内，但可以重复多次，直至放电管启辉放电。

放电管在放电前，要把“显示开关”置于“电流显示”挡，然后才能进行