《等离子体技术及应用》教材

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1、前言100--目录前言I目录II第1章等离子体的基本性质1§1.1等离子体的概念1§1.2等离子体的基本参数3§1.2.1等离子体密度31.2.2等离子体温度3§1.2.3等离子体判据6§1.2.4等离子体的导电性和介电性7§1.3等离子体的频率9§1.4德拜长度12§1.5等离子体的研究方法14§1.6等离子体的产生方法15§1.6.1气体放电法161.6.2射线辐照法18§1.6.3光电离法19§1.6.4激光等离子体19§1.6.5热电离法20§1.6.6激波等离子体21第2章等离子体中的微观运动22§2.1带

2、电粒子在电磁场中的运动22§2.1.1带电粒子在电场中的运动22§2.1.2带电粒子在磁场中的运动24§2.1.3带电粒子在正交电磁场中的运动28§2.2粒子间的碰撞30§2.2.1近碰撞30§2.2.3库仑碰撞33§2.3碰撞中的能量损失34§2.3原子的激发与电离36§2.3.1原子的内能36§2.3.2电子和光子引起的原子激发37100--§2.3.3原子的电离39§2.3.4电荷交换碰撞40第3章等离子体的宏观性质42§3.1分布函数与平均量42§3.1.1分布函数42§3.1.2平衡等离子体分布函数43§3

3、.2等离子体基本方程44§3.3等离子体的电中性45§3.3.1德拜屏蔽45§3.3.2带电粒子在等离子体中的振荡频率48§3.4粒子流动与密度分布50§3.4.1无磁场弱电离等离子体中的输运过程50§3.4.2双极扩散51§3.5等离子体鞘层52§3.5.1鞘层基本方程53§3.5.2玻姆鞘层判据55§3.6磁流体运动方程组55§3.6.1普通流体动力学方程组56§3.6.2洛伦兹力与麦克斯韦方程组58§3.6.3流体封闭方程组58第4章等离子体在能源动力方面的应用61§4.1受控热核聚变61§4.1.1受控核聚变

4、的基本原理61§4.1.2受控核聚变的研究途径65§4.2磁流体发电75§4.2.1磁流体发电的原理76§4.3.2磁流体发电系统的主要特点77§4.3等离子推进79§4.3.1稳态等离子体发动机80§4.3.2离子发动机84第5章等离子体在其他方面的应用88§5.1薄膜合成88§5.2离子注入技术89100--§5.3离子束混合技术91§5.4等离子体刻蚀技术91§5.5等离子显示(PDP)技术94§5.6静电除尘装置与空气清洁器95§5.7城市垃圾的热等离子体处理技术96§5.8臭氧发生器97100--第1章等离

5、子体的基本性质§1.1等离子体的概念等离子体物理——是一个不断发展的近代物理学领域。等离子体物理是与气体放电物理密切相关的，也就是与电流通过气体产生的一些过程密切相关。气体放电和等离子体物理的主要研究是十九世纪和二十世纪之交开始的。在这个时期朗缪尔和他的同事对气体的放电理论和等离子体做出了重要的贡献，正是他给出了等离子体的概念、等离子体的定义，给了等离子体的名称“plasma”，指出了实验和理论上研究等离子体的方法，首先使用探针对等离子体参数进行了诊断。到了本世纪的三十年代，等离子体就成为研究的客体（物质），那时研究

6、等离子体的兴趣主要与发展气体放电仪器（汞弧整流器、充气二极管、三极管[闸流管]、稳压二极管）相关的。五十年代是等离子体物理发展取得成果最丰硕的年代，那时研究等离子体的主要兴趣是与核聚变研究相关的，至今虽然还没有研制成工业应用的热核反应堆，但等离子体研究却取得了长足的进步，特别是在研究等离子体的振荡与不稳定性方面。物质的状态是可以变化的，在一定温度和压力条件下，固、液、气三态的相互转换早已为人们所熟知。若采取某种手段，如加热、放电等，使气体分子离解和电离，当电离产生的带电粒子密度达到一定数值时，物质状态便又出现新的变化

7、，这时的电离气体已不再是原来的气体了。首先在组成上：电离气体是带电粒子和中性粒子组成的集合体。普通气体是由电中性的原子、分子组成的。其次在性质上：电离气体—导电流体，又在可与气体体积相比拟的空间内呈电中性。电离气体中的带电粒子间存在库仑力，由此导致带电粒子群的种种集体运动。电离气体中带电粒子存在，对电磁场有强烈的响应等离子体——正电荷总数和负电荷总数近似相等的意思。100--人们经常说，宇宙中的物质的99%以等离子体状态存在；也就是以带电气体的形式存在，它们的原子离解成正电子和负电子。这种估计也许是不精确的；但鉴于恒

8、星的内部及大气层、气态星云和大量的星际氢都是等离子体。这种估计无疑是合理的。在我们自己的周围，只要一离开地球的大气，我们就遇到了构成范阿伦辐射带（VanAllenradiationbelts）和太阳风（solarwind）的等离子体。另一方面，我们日常生活中所遇到的等离子体却只限于几个实例：闪电、北极光（AuroraBorealis）的柔和辉光