等离子体物理诊断..31页PPT
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等离子体基本概念.ppt
17
电子等离子体振荡频率 ：
pe n0e2 / me0
pe 与等离子体的密度、电子质量、电荷
有关，
pe 等离子体的特征频率 振荡周期 1/ pe
等离子体准电中性的特征时间。
2019-10-31
感谢你的聆听
18
离子等离子体振荡
如果出现离子的电荷涨落，它在静电力的作用下 也会向其原来的电中性平衡位置运动，产生离子 等离子体振荡或简称离子振荡。
2019-10-31
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3
等离子体物理的影响与作用
认识和掌握各种条件下等离子体运动规律是人类 认识宇宙中各种现象的基本前提。 等离子体物理是提供太阳、恒星、行星际介质和 银河系知识的基石之一。
等离子体物理研究为人类解决能源问题带来希望。 因为实现核聚变能利用，需改善约束和加热等离 子体的方法。因此，掌握高温等离子体的运动规 律是实现受控核聚变的关键。
2019-10-31
感谢你的聆听
27
等离子体定义（统一的 ）
必须指出，并非任何带电粒子组成的体系 都是等离子体，只有具备了等离子体特性 的带电粒子体系，才可称为等离子体。
电子等离子体振荡特征时间：
pe 1/ pe
作为等离子体宏观时间尺度。 因为 p，e 电子等离子体振荡总是存在； 仅当 pe ，空间电荷、空间电场等的时间 平均都为0，因此，电子等离子体振荡特征 时间是衡量等离子体准电中性的时间下限。
2019-10-31
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等离子体广泛存在于宇宙空间（从电离层到宇宙深 处的可见物质几乎都是电离状态），宇宙空间的可 见物质99%是等离子体。地球表面几乎没有自然存 在的等离子体。只有闪电、气体放电等实验室中出 现的电离气体，即等离子体。
等离子体物理学导论ppt课件
3、等离子体响应时间： 静态等离子体的德拜长度，主要取决于低温成分的德 拜长度。在较快的过程中，离子不能响应其变化，在 鞘层内不能随时达到热平衡的玻尔兹曼分布，只起到 常数本底作用，此时等离子体的德拜长度只由电子成 份决定。 等离子体的响应时间： 1)、建立德拜屏蔽所需要的时间 2)、等离子体对外加电荷扰动的响应时间 3)、电子以平均的热速度跨越鞘层空间所
)1/ 2 , lD
(lD2i
l ) 2 1/ 2 De
提示：
A1：是的，排空同号电荷，调整粒子密度 A2: 低温成份(稳态过程)、
由电子德拜长度决定(短时间尺度运动过程)
4、德拜屏蔽是一个统计意义上的概念，表现在上述推导过程
中使用的热平衡分布特征，电势的连续性等概念成立的前
提是： 德拜球内存在足够多的粒子
德拜屏蔽概念的几个要点： 1、电屏蔽、维持准中性 2、基本尺度：空间尺度 3、响应时间：时间尺度 4、统计意义：等离子体参数
等离子体概念成立的两个判据： 时空尺度、统计意义
后面还有一个，共同保障集体效应的发挥！
三、 等离子体Langmuir振荡： 等离子体振荡示意图
x=0
物理图像：密度扰动电荷分离（大于德拜半径尺度）电场 驱动粒子(电子、离子)运动“过冲”运动 往返振荡等离子体最重要的本征频率： 电子、离子振荡频率
1. 捕获与约束 逃逸与屏蔽 (反抗约束) 由自由能与捕获能平衡决定! 德拜长度: 1、随数密度增加而减小，即更 小范围内便可获得足够多的屏蔽用的粒子
2、随温度升高而增大：温度代表粒子 自由能，零温度则屏蔽电子缩为薄壳
德拜屏蔽是两个过程竞争的结果: 约束与逃逸 (反抗约束) 屏蔽与准中性 由自由能与相互作用能平衡决定!
消除流行的错误的温度概念: 荧光灯管内的电子温度为20,000K 日冕气体温度高达百万度,却烧不开一杯水
等离子体物理ppt课件
v
sin2 sin2 0
B
B0
Bm
B0
sin2 0
磁镜
W W const W//
v
v//
Loss Cone
sin2 0c
B0 Bmc
0a 0c , 则Bmc Bma
临界投射角 0 c
c arcsin 1/
sin2 c B0 / BM 1/ 0 c 粒子被反射，约束在两 磁镜中 0 c 粒子穿过两磁镜，可能 逃逸
y
1
2
rc
rL
r
0
rL B B
r rc rL v vd vL v//
vdB
W qB 3
B B
曲率漂移
vdRc
FRc B qB2
mv/2/ qB2
Rc B Rc2
mv/2/ qB2
B
bˆ Rc2
bˆ
梯度＋曲率联合漂移
vB c
m qB4
(v/2/
v2 2
)
B
(
dB 0 dt
. . .B
. .
.r .
.
. ..
.
2rE
dB dt
ds
dB r2
dt
缓变
漂移方向沿径向，向内
E r dB 2 dt
vdBt
r 2B
dB dt
收缩或向外扩张的螺旋 线。
非均匀电场
非均匀电场
Finite-larmor-radius Effect
非均匀电场
运动主体仍为回旋运动，叠加上电场漂移、电 场不均匀性导致的速度扰动；
可视为对原EXB漂移的修正项；
修正项与电场垂直方向的二阶微商相关； 电漂移修正项与粒子种类(回旋半径)有关电荷 分离电场。
sin2 sin2 0
B
B0
Bm
B0
sin2 0
磁镜
W W const W//
v
v//
Loss Cone
sin2 0c
B0 Bmc
0a 0c , 则Bmc Bma
临界投射角 0 c
c arcsin 1/
sin2 c B0 / BM 1/ 0 c 粒子被反射，约束在两 磁镜中 0 c 粒子穿过两磁镜，可能 逃逸
y
1
2
rc
rL
r
0
rL B B
r rc rL v vd vL v//
vdB
W qB 3
B B
曲率漂移
vdRc
FRc B qB2
mv/2/ qB2
Rc B Rc2
mv/2/ qB2
B
bˆ Rc2
bˆ
梯度＋曲率联合漂移
vB c
m qB4
(v/2/
v2 2
)
B
(
dB 0 dt
. . .B
. .
.r .
.
. ..
.
2rE
dB dt
ds
dB r2
dt
缓变
漂移方向沿径向，向内
E r dB 2 dt
vdBt
r 2B
dB dt
收缩或向外扩张的螺旋 线。
非均匀电场
非均匀电场
Finite-larmor-radius Effect
非均匀电场
运动主体仍为回旋运动，叠加上电场漂移、电 场不均匀性导致的速度扰动；
可视为对原EXB漂移的修正项；
修正项与电场垂直方向的二阶微商相关； 电漂移修正项与粒子种类(回旋半径)有关电荷 分离电场。
等离子体PPT幻灯片课件
主讲：小林
学号：2
1
1、什么是等离子体？
• 等离子体：又叫做电浆，通常被视为物质
的第四种形态。它是由部分电子被剥夺后
的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质。等离子体是一种 很好的导电体，用磁场可以捕捉、移动和 加速等离子体。
2
• • • • 等离子体 •
低温等离子体：轻度电离 的等离子体，离子温度一般 远低于电子温度。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
18
等离子体技术在VLSI中的应用
1.等离子体清洗技术 2.离子注入 3.干法刻蚀 4.等离子体增强化学气相淀积（PECVD）
19
1 等离子体清洗的机理
主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到 去除物体表面污渍的目的。就反应机理来看，等离子体清 洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相 物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应 生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离 表面。
23
干法刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高 能离子束轰击完成去除物质的方法。
• 干法刻蚀主要分为以下三种：
– 一种是利用辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生化 学反应形成挥发性产物完成刻蚀，也称为等离子体刻蚀。
学号：2
1
1、什么是等离子体？
• 等离子体：又叫做电浆，通常被视为物质
的第四种形态。它是由部分电子被剥夺后
的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质。等离子体是一种 很好的导电体，用磁场可以捕捉、移动和 加速等离子体。
2
• • • • 等离子体 •
低温等离子体：轻度电离 的等离子体，离子温度一般 远低于电子温度。
15
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
18
等离子体技术在VLSI中的应用
1.等离子体清洗技术 2.离子注入 3.干法刻蚀 4.等离子体增强化学气相淀积（PECVD）
19
1 等离子体清洗的机理
主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到 去除物体表面污渍的目的。就反应机理来看，等离子体清 洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相 物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应 生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离 表面。
23
干法刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高 能离子束轰击完成去除物质的方法。
• 干法刻蚀主要分为以下三种：
– 一种是利用辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生化 学反应形成挥发性产物完成刻蚀，也称为等离子体刻蚀。
等离子体诊断PPT课件
04
结果讨论
根据实验结果，探讨等离子体的性质和行 为机制。
05
06
结合理论模型，解释实验结果并预测等离 子体的未来行为。
05 等离子体诊断的挑战与展 望
诊断技术的局限性
诊断方法的准确度
等离子体诊断技术需要高精度的 测量和数据分析，但目前仍存在 一定的误差和不确定性，需要进
一步提高准确度和可靠性。
VS
详细描述
探针法利用探针插入等离子体中，通过测 量探针上的电位和电流，推导出等离子体 的电子密度和电子温度。该方法具有简单 、直观的特点，但探针易受等离子体侵蚀 和污染。
激光诱导荧光法
总结词
通过测量激光诱导荧光信号的特征，分析等 离子体的成分和状态。
详细描述
激光诱导荧光法利用特定波长的激光诱导等 离子体中的原子或分子产生荧光，通过测量 荧光光谱的特征，识别等离子体的成分和状 态。该方法具有高灵敏度、高分辨率的特点， 但需要精密的光学系统和光谱分析技术。
等离子体电子密度诊断
要点一
总结词
等离子体电子密度是等离子体的重要参数之一，对等离子 体的行为和特性有着重要影响。
要点二
详细描述
等离子体电子密度诊断的方法主要包括微波干涉法和激光 诱导荧光法。微波干涉法是通过测量微波在等离子体中的 相位和振幅变化，计算出等离子体的电子密度。激光诱导 荧光法则是利用特定波长的激光激发等离子体中的原子或 分子，通过测量荧光光谱的强度和波长，计算出等离子体 的电子密度。
等离子体诊断ppt课件
目 录
• 等离子体概述 • 等离子体诊断方法 • 等离子体诊断技术 • 等离子体诊断实验与结果分析 • 等离子体诊断的挑战与展望
01 等离子体概述
等离子体物理学导论L课件
05 等离子体物理学 的挑战与前景
等离子体物理学的挑战
实验难度大
等离子体物理实验通常需要在极 端条件下进行，如高温、高压、 强磁场等，这给实验设计和实施
带来了很大的挑战。
理论模型复杂
等离子体是一种高度复杂的系统， 其理论模型涉及到多个物理过程和 相互作用，这使得理论分析变得非 常困难。
数值模拟难度高
描述等离子体中粒子的运 动规律。
碰撞理论
等离子体中粒子间的碰撞 过程和碰撞频率的计算。
03 等离子体的产生 与维持
高温等离子体的产生方式
核聚变
利用氢核聚变反应产生 高温等离子体，是实现 可控核聚变的关键步骤
。
核裂变
利用重核裂变反应产生 高温等离子体，是核能 利用的重要方式之一。
电弧放电
通过高电压、大电流产 生电弧放电，使气体加 热至高温等离子体状态
3
等离子体物理与地球科学的交叉
等离子体物理在地球科学中有广泛的应用，如电 离层和磁层的研究、太阳风和地球磁场的相互作 用研究等。
THANKS
感谢观看
等离子体在材料科学中的应用
总结词
等离子体在材料科学中广泛应用于表面处理、材料合成和刻蚀等领域，具有高效、环保 等优点。
详细描述
等离子体通过高能粒子和活性基团对材料表面进行轰击和化学反应，实现表面清洗、刻 蚀、镀膜和合成等功能。与传统的机械或化学方法相比，等离子体处理具有更高的效率
和更好的环保性。在金属、玻璃、塑料等各种材料的表面处理和加工中有广泛应用。
。
激光诱导
利用高能激光束照射气 体，通过激光与气体的 相互作用产生高温等离
子体。
低温等离子体的产生与特性
电晕放电
等离子体物理诊断
结构简单，电路简单；
饱和电子流太高； 与装置同地，容易引入干扰；
Ie0
A
Ii0
I e0 eVF ln( ) k Te I i0
p
I i 0 N i Ze
2k Te Si mi
由上已知，由I－V特性曲线可以得到很多重要的等离子体参数， 特性曲线可以通过逐点改变电压V来测得。但这样测量繁琐， 并且V中包含VR，在脉冲式或顺便的等离子体中，VR有较大的 变化，通常采用快速扫描法测量探针曲线。
VF
p
-30 -20 -10 离子流是以离子声速向探针 10 20 30 表面流动的 Ii0 由于Ii0与Ti无关，静电探针测量得不到 2kT关于Ti的数据 e I i 0 N i Ze Si I e 0 2.5 10 14 N e Se k Te mi
为比例常数，0.4到1之间，Z为电荷数
电磁诊断
2008年4月18日
前言
是磁约束聚变装置上最基本的诊断方法 是一种简单易行的方法
可以提供非常重要的等离子体参数信息
是装置运行时对等离子体进行反馈控制的眼睛
对诊断原理进行简单的描述
对应用的实例进行介绍
项志遴，俞昌旋.《高温等离子体诊断技术》上、下册 上海科学技术 出版社 1983 第一版 Hutchinson I H, Principles of Plasma Diagnostics. Cambridge University Press (1987)
锯齿波两个 作用： 触发＋电压 变化
R
I
接示波器 水平扫描
锯齿波周期：几个微秒 差分放大器 原因两个： 分布电容的电流对信号产生 干扰 等离子体鞘的形成需要时间
对数电路
饱和电子流太高； 与装置同地，容易引入干扰；
Ie0
A
Ii0
I e0 eVF ln( ) k Te I i0
p
I i 0 N i Ze
2k Te Si mi
由上已知，由I－V特性曲线可以得到很多重要的等离子体参数， 特性曲线可以通过逐点改变电压V来测得。但这样测量繁琐， 并且V中包含VR，在脉冲式或顺便的等离子体中，VR有较大的 变化，通常采用快速扫描法测量探针曲线。
VF
p
-30 -20 -10 离子流是以离子声速向探针 10 20 30 表面流动的 Ii0 由于Ii0与Ti无关，静电探针测量得不到 2kT关于Ti的数据 e I i 0 N i Ze Si I e 0 2.5 10 14 N e Se k Te mi
为比例常数，0.4到1之间，Z为电荷数
电磁诊断
2008年4月18日
前言
是磁约束聚变装置上最基本的诊断方法 是一种简单易行的方法
可以提供非常重要的等离子体参数信息
是装置运行时对等离子体进行反馈控制的眼睛
对诊断原理进行简单的描述
对应用的实例进行介绍
项志遴，俞昌旋.《高温等离子体诊断技术》上、下册 上海科学技术 出版社 1983 第一版 Hutchinson I H, Principles of Plasma Diagnostics. Cambridge University Press (1987)
锯齿波两个 作用： 触发＋电压 变化
R
I
接示波器 水平扫描
锯齿波周期：几个微秒 差分放大器 原因两个： 分布电容的电流对信号产生 干扰 等离子体鞘的形成需要时间
对数电路
等离子体物理学课件
计算机模拟技术是研究等离子体的有力工具，通过建立数学模型和数值算法，可以模拟等离子体的演化过程和行为，为实验研究和理论分析提供重要支持。
粒子模拟技术通过跟踪等离子体中每个粒子的运动轨迹，可以详细模拟等离子体的微观行为和演化过程。流体模拟技术将等离子体视为连续介质，通过求解流体方程组来描述等离子体的宏观行为。混合模拟技术则结合了粒子模拟和流体模拟的优点，能够同时考虑等离子体的微观和宏观行为，提供更准确的模拟结果。
等离子体物理学课件
目录
CONTENTS
等离子体物理学概述等离子体的基本理论等离子体的实验技术等离子体物理学的应用实例等离子体物理学的未来展望
等离子体物理学概述
总结词
等离子体是一种由自由电子和带正电的离子组成的气态物质，具有导电性和热传导性。
详细描述
等离子体是一种高度电离的气态物质，其中包含大量的自由电子和带正电的离子。这些粒子在空间中广泛分布，可以导电并传递热量。等离子体的状态可以通过温度、压力和成分等参数进行描述。
等离子体物理学的未来展望
等离子体物理学的实验研究需要高能物理设备，且等离子体的控制和稳定性也是一大挑战。此外，等离子体的理论模型和数值模拟也需要更深入的研究。
随着科技的不断进步，等离子体物理学的应用领域越来越广泛。例如，等离子体在材料科学、环境保护、新能源等领域的应用前景广阔，这为等离子体物理学的发展提供了更多的机遇。
光谱诊断技术利用等离子体发射或吸收光谱的特征，可以测量等离子体的电子温度、密度、化学成分等参数。粒子测量技术通过测量等离子体中的粒子速度、能量等参数，可以了解等离子体的动力学行为。电磁测量技术可以用来测量等离子体的电磁场强度和分布，进一步揭示等离子体的电磁行为和演化过程。
诊断技术
《等离子体诊断》课件
环境领域
研究等离子体在环境污染 治理方面的应用，如废气 处理、水处理等，推动环 境保护事业的发展。
THANKS
感谢观看
03
等离子体诊断实验
实验设备与材料
01
实验设备
微波等离子体发生器、光谱分析仪、电导率计、 质谱仪等。
02
实验材料
不同种类的气体、液体或固体样品。
实验步骤与操作
步骤一
准备实验设备与材料，检查设备是否正常 工作。
步骤三
进行等离子体实验，记录实验数据。
步骤二
设置等离子体参数，如功率、气压等。
步骤四
对实验数据进行处理与分析。
《等离子体诊断》 PPT课件
目录
• 等离子体概述 • 等离子体诊断方法 • 等离子体诊断实验 • 等离子体诊断的应用实例 • 等离子体诊断的未来发展
01
等离子体概述
等离子体的定义
总结词
等离子体是由大量自由电子和离子组成的宏观上呈中性 的电离气体
详细描述
等离子体是由气体经过电离过程后形成的，其中包含大 量的自由电子和离子。这些带电粒子之间的相互作用， 使得等离子体呈现出一种特殊的物理状态。
02
开发自动化和智能化的等离子体诊断系统，减少人为误差和操
作复杂度。
高温高压等极端条件下的诊断技术
03
研究在高温、高压、高辐射等极端条件下等离子体的特性，拓
展等离子体诊断技术的应用范围。
等离子体诊断与其他技术的结合应用
01
02
03
与光谱学结合
利用光谱学技术对等离子 体的成分和结构进行分析 ，提高对等离子体的认识 。
等离子体的性质
总结词
等离子体具有导电性、热传导性、光谱特征等特性