等离子体课件chp4
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
等离子体产生技术 ppt课件

实现大气压下辉光放电的可能途径 1. 在大气压下放电:
a.选择低击穿场强的工作气体如氦气、氩气等 b.采用合适的交流电源,实现离子捕获(ion-trapping) 2. 利用外部电路限制电流密度的增长如介质阻挡放电
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5
常见的低温等离子体放电装置
– 静电耦合主要利用静电场成份来加速电子,又称电容耦合放电 – 感应耦合利用感应电场成份,无外加磁场时产生感应耦合放电, 有外加磁场时螺旋波放电 – 电磁波耦合利用电磁波成份为等离子体提供能量,无外加磁场 时耦合方式为表面波放电,有外加磁场时可以产生电子回旋共振 (ECR)放电
等离子体产生技术1
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1
等离子体的生成方法
• 直流放电 • 交流放电
•直流辉光放电 •空心阴阴放电 •直流脉冲放电 •电弧放电 •磁控管放电
•电容耦合放电 •感应耦合放电 •介质阻挡放电 •微波放电 •表面波放电
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2
本讲安排
• 等离子体的生成方法——交流放电
电容耦合放电 感应耦合放电
布作用,在自给偏压作用下撞
击K电极
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高频放电的功率输入机理
• 外加高频电场对电子的加速作用,电子吸收高频
功率有三种机制:
– 等离子体区域的焦耳加热(α放电,有碰撞)
– 鞘层内二鞘次层电厚子度逸由出高后频被电加压速所(决γ放定电,,若无Vr碰f 一撞定)而改变频
–
由于鞘层率振f荡,产则生鞘的层统边计界加的热移(动费速米度加跟速f成)正比。因此统计 加热的功率正比于频率的平方,所以在Vrf —定的
等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)

• 低温(dīwēn)等离子体(非平衡等离子体)的发生形式
• 等离子体在环境中的应用
精品资料
一、等离子体 简介 (děnglízǐtǐ)
• 等离子体(plasma)是电离了的气体,由正离子(和负离子)、电子、 以及一些中性(zhōngxìng)粒子和基团组成,其电离程度可处在从100% (完全电离的气体)到非常低(10-4~10-6,部分电离气体)的比例范 围内。
精品资料
空气(kōngqì)中不同气压下的放电图像
精品资料
不同glízǐtǐ)在环境中的应用
• 高压放电技术作为产生低温等离子体的主要手段,可以用于大气污 染治理,如烟气脱硫脱硝、电除尘、有机(yǒujī)废气处理,可以用于水 和食品的处理及灭菌,还能作为臭氧发生源。
精品资料
Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
精品资料
高压 放电水处理 (gāoyā)
• 水下高压放电是在由尖端电极极不均匀电场中产生的。还可向溶液通 入气体,促进局部放电和等离子体通道的形成、增加活性物质数量, 从而处理(chǔlǐ)难降解有机废水和水体消毒灭菌。
精品资料
• 等离子体通常被称作物质的第四态,宇宙(yǔzhòu)中绝大部分的可见物质均处 在等离子态,而在日常生活当中,火焰、霓虹灯、闪电都是(或部分是) 不同种类的等离子体。
精品资料
二、等离子体的基本(jīběn)性质
• 等离子体(děnglízǐtǐ)在宏观上近似呈电中性; • 含有大量的自由电子、带电粒子,以及一些激发状态的粒子,是一种特
等离子体基本概念.ppt

2019-10-31
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在等离子体中,粒子速度方向经一次碰撞就偏转 90°的几率很小,每次碰撞偏转很小角度几率很 大。因此在等离子体中,通过大量小角度散射积 累到大的偏转比只经过一次散射就得到大的偏转 大几十倍。小角度散射是主要的!
2019-10-31
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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。
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等离子体中带电粒子间的相互作用是屏蔽 库仑势,力程为德拜屏蔽长度。
带电粒子的相互作用分成了两部分:
德拜球外:长程库仑作用,集体行为
德拜球内:的短程库仑作用,“库仑碰撞”
“库仑碰撞”总是一个带电粒子同时与大 量其它带电粒子相“碰撞”
2019-10-31
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在等离子体中考察任一个
带电粒子,由于它的静电
场作用,在其附近会吸引
异号电荷的粒子、同时排
斥同号电荷的粒子,从而
在其周围会出现净的异号
“电荷云”,这样就削弱
了这个带电粒子对远处其
他带电粒子的作用,这就 是电荷屏蔽现象。因此在
+
等离子体中,一个带电粒
子对较远处的另一个带电
电荷分布: (r) Znie nee q (r)
(r) e2(ne0 / Te ni0Z 2 / Ti ) q (r)
0 / D2 q (r)
大学物理等离子体课件

数H守恒的情况下,有
f
(x,
v)
n0
m
2pT
3/ 2
exp(
H
kT
)
等离子体的高导电性和内部电场
• 等离子体是良导体。
– 等离子体由能够自由移动的带电粒子组成,因而具有 很好的导电特性。
• 非磁化等离子体无内部电场
– 如果把等离子体视为电阻很小的良导体,非磁化的等 离子体内部则相当于导体内部,电场趋向于0。
Zie kTi
)]
n0e2 0
1 (
kTe
Zi
kTi
)
lD2
lDe
0k Te
n0e2
,
lDi
0k Ti
Zi n0e2
,
lD
(lD2e
l2 Di
)
1 2
• 而此时静电势为:
0
(x)
0
exp(
|x| )
lD
• 这里电势衰减的特征长度正是德拜长度。也是等离子体在空 间上能够偏离中性条件的尺度。
点电荷的德拜屏蔽
准电中性的空间尺度
• 等离子体偏离电中性具有一定的空间尺度和时间尺度。
• 考虑在等离子体中放入一个电势为f的无限大平板栅极。这 时,假设栅极电位大于0,周围的离子被赶走,而电子被吸 引,从而产生净电荷。净电荷产生的电场与带电粒子的热 运动达到动态平衡。
• 此时,考虑一维静电情况下的等离子体的分布函数 f ( t, x,
• Saha方程描述了温度与电离度(电离和复合达到平 衡)的关系。
neni pepi
2p mekT
3/ 2
eEi kT
n0
p0
h3
– 这里ne,ni是电子和离子的密度,no是中性粒子的密度,h是
等离子体PPT幻灯片课件

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4
2、怎样产生等离子体?
等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
5
方法1:对于气态的物质,温度升高到几千度 时,由于物质分子的热运动的加剧,相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离,这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。 方法2:
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等离子体隐身技术
方法一:是利用等离子体发生器产生等离子体,即在 低温下,通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式,将气体介质激活、 电离形成等离子体。 方法二:是在兵器特定部位(如强散射区)涂一层放 射性同位素,它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度, 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比,后者比 较昂贵且维护困难。
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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。
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各种等离子体的密度和温度
7
等离子体工业生产模型
低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
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等离子体主要用于以下3方面:
•离子体冶炼:用于难于冶炼的材料,例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属;还用于 简化工艺过程,例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti;可开发硬的高熔点粉末, 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂:用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化,并喷涂到基体(部件)上 ,使之迅速冷却、固化,形成接近网状结构的表层,这可 大大提高喷涂质量。
04等离子体简介PPT课件

磁粘滞、扩散系数、 电阻率、耗散率
由等离子体运动以及等离子体的电阻特性
确定磁场的位形
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电磁学:面电荷区产生电场,
运动方程:
x=0
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简谐振荡方程:
• 等离子体的本征振荡,同德拜屏蔽现象一样是等离子体 集体行为的表现之一
• 等离子体振荡与等离子体响应时间的关系:互为倒数 等离子体振荡与得拜屏蔽同是等离子体
对外加扰动的“第一”响应
33
34
§3.3 磁流体力学
等离子体的四种描述/研究方法 (经典、非相对论体系) 1.单粒子轨道理论(最简单、最基本的描述方法) 2. PIC数值模拟方法 particle in cells
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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
的区域,可将玻尔兹曼分布作泰勒展开,并取线性项,
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可得新的泊松方程:
分别定义等离子体、电子和离子的德拜长度Leabharlann ,则可求得德拜势24
德拜电势示意图
德拜屏蔽是两个过程竞争 的结果:
1、捕获与约束 2、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
电子平均自由程集体现象的特征尺度。 等离子体波的振荡和波的性质被充分显示出来
4
§3.1 天体磁场的普遍性
一、等离子体基本原理ppt课件

时间尺度要求:等离子体碰撞时间、存在时间远大于特
征响应时间
p,p
( D )1/2
kTe/me
等离子体参数:在德拜球中粒子数足够多,具有统计意 义
1 , 4n 0D 2 ( T 3 /n 0 ) 1 /2
.
1.4 等离子体分类
天然等离子体
按存在分类
人工等离子体
完全电离等离子体
.
空间天体等离子体 什么保护了地球:等离子体
.
空间天体等离子体
北极光
.
空间天体等离子体
逃离太阳的等离子体
.
空间天星体系等:离巨子体大的聚变反应堆
.
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
.密度(cm-3)
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
.
聚变等离子体
一个密度几乎相等,每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体,在半径为r的球形区域 内,此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定, 此球表面的静电位为:
V Q
4 0r .
Q=eδn,为球内静电荷,其中e为电子电荷,此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
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第4章 等离子体波
4.0 引言
1. 等离子体中带电粒子的运动
① 无规则的热运动
② 波动(集体行为)
造成等离子体波的三种力
热压力,静电力和磁力
等离子体波:声波、静电波(纵波)、电磁波(横波) 一般说,等离子体的形态复杂,分析较困难。
2. 线性近似
等离子体波分为线性波和非线性波;
非线性波(强烈扰动:激波)
(描述等离子体特性的基本方程是非线性的)
线性近似:等离子体中产生偏离平衡态的扰动很弱时,振荡和波的幅度(振幅)比较小。
此时,可用线性方程来描述。
对应得到的波动为线性波。
(简化处理的一种考虑)
4.1 波的表示法和色散关系
1. 波的表示
任何周期性波动可看成具有不同频率ω和波长λ的正弦波(振荡)的迭加(傅里叶分析、级数)。
在小振幅振荡时,波形一般是正弦的。
正弦振荡量,如电场E ,用复数可表示为:)](exp[0t i ω−⋅=r k E E
k :传播常数(波数),=λπ2(λ:波长)
ω:振荡频率,r 为波的传播方向
考虑沿x 方向传播的波:)](exp[0t kx i ω−=E E
又称单色平面波。
单色:频率为一个,平面:等相面是平面。
E 的实部 )cos()Re(0t kx ω−=E E
2. 相、群速度
等相面的运动满足0)(=−t kx dt d
ω
另按相速度=dt dx ,可得
p v k dt dx
==ω
(相速度:等相面的移动速度)
真空中电磁波的相速度为光速c,但在其他一些场合,相速度有可能超过光速。
信息、能量的传播速度并不是相速度。
群速度 dk d v g ω=(小于等于光速c)
这里,)(k ωω=,(色散方程)
--信息的传递速度。
无限长的恒定振幅波不能传递信息。
群速度公式推导(调制波):
真空中的电磁波的群速度
p g v k
v ==ω (无色散)
3. 色散
波的角频率与传播常数(波长,传播方向)之间的关系所满足的方程,称为色散方程,即)(k ωω=。
波的传播方向跟波长(频率)有关。
如分光镜。
色散方程可决定电磁波在介质中的传播性质。
4.2 冷等离子体中的电磁波
“冷”:e m kT k
>>ω (相速度>>热运动速度) 以波的形式出现的集体运动 >> 无规则热运动
1. 冷等离子体方程
模型:无限大均匀分布冷等离子体,小扰动产生的波。
扰动前:等离子体处于平衡状态,
00=E ,00≠B (但不随时间变)
00=v ,00=j
扰动后:产生E 和j,
(110E E E E =+=)
10B B B +=
(1E ,1B 为微扰项)
下标:0表示平衡态;1
表示微扰
由于电子、离子的质量相差很大,它们对等离子体振荡和波的产生与传播,表现出明显不同的性质。
如高频扰动能使电子运动,但对离子的影响很小。
把等离子体看成由电子、正离子两种导电流体所组成。
正离子密度:++++=10n n n , 速度:++=1
u u
电子密度: −−−+=10n n n ,速度:−−=1u u 质量密度:−
−+++=m n m n 000ρ
电流密度:−−−++++=1010u e n u e n j 把上面这些量和B、E 代入磁流体力学方程组,并略去二次微扰项(非线性项)可得:
0)(101=⋅∇+∂∂u n t
n (连续性方程) )(0111B u E e t
u m +=∂∂ (动量方程) t B E ∂∂−=×∇11
01=⋅∇B (麦克斯韦方程)
t D j H ∂∂+=×∇11
e D ρ=⋅∇1 (101E D ε=,1011
B H μ
=) 注:上面6个方程对电子、正离子均适用: +→00n n or −0
n , +→11n n or −1n +
→11u u or −1u
经推导及把所有扰动量视为按)(r k ⋅−−t i e ω
随时间而变化,可得冷等离子体方程 (推导…)
j i E c k E k ωμω022
2)(+=⋅−E k (4.2-14)
0002202)()]([)(b j b j ×Ω+Ω+⋅−ΩΩ−+=e i i e pe pi i b j E i j ωωωωεω (4.2-15)
000B B b = (矢量恒等式: )
pi ω、pe ω:离子、电子的等离子体频率
i Ω、e Ω:离子、电子的回旋频率
从(4.2-14)、(4.2-15)可得线性近似下冷等离子体波的一般色散关系,并以此讨论等离子体波的一些性质。
2. 无场冷等离子体波(00=B )
(1) 横波(E k ⊥)
(00=b ),00=B ,0=⋅E k
(色散关系)222
2c k p +=ωω (等离子体频率p ω,222pi
pe p ωωω+=) 由色散关系可得: (相速度)c c k v p p >−==2)(1/ωωω (p ωω>) (群速度)c c kc dk d v p g <−===22
)1(ωωωω (const p
=ω) 而且,g p v v >。
另,等离子体存在时,与真空不同了。
几点说明:
a. g p v v >(真空中 g p v v =,等离子体存在Æ改变传播特性)
b. p ωω>时,g v 为实数,这种频率的电磁波能传播。
c. p ωω<<0,g v 为虚数。
表明电磁波无法在等离子体内传播。
d. 实际应用。
地球上空的电离层处于等离子体态,地球与人造卫星等宇航器之间的无线电联系,选用的频率须高于等离子体振荡频率。
另一方面,在要利用电离层反射电磁波的场合(地球上联系,短波广播等),无线电频率要选用低于等离子体振荡频率。
此外,这种特性为等离子体
诊断提供了一个方法—确定p ω(等离子体振荡频率)
,透射、反射的临界点频率Æp ω
(2) 纵波(E k ||)
const p ==22ωω
无场等离子体纵波就是等离子体振荡—静电振荡
性质:
a. 无色散,振荡频率ω=常数(与波长无关)
b. 静止的冷等离子体中静电振荡不传播,因为群速度0==dk d v g ω
c. 静电振荡过程中,运动电流密度和位移电流密度相抵消,等离子体中的净电流为零。
因此,静电振荡是电场能和粒子动能间的相互转换,与磁能无关。