[课件]等离子体诊断PPT

等离子体判据
等离 成为等离子体 的判据：
1 德拜长度远小于系统的特征长度，即 λD << L 。 2 等离子体频率必须大于电子和中性粒子的碰撞频 率，即 ƒp > νi 。 3 德拜球内的带电粒子数目必须远大于1,即 ND >> 1。

1、判断是否为等离子体： 沙哈公式：
加拿大于2001年6月加入ITER计划，后因ITER场址问题退出该计划。2003年2 月18日，美国宣布重新加入ITER计划，中国也同时宣布作为全权独立成员加 入ITER计划。此后，韩国和印度分别于2003年6月和2005年12月加入ITER计 划。 2003年12月20日，ITER各参与国讨论核聚变反应堆的选址问题。欧盟、 中国和俄罗斯主张把反应堆建在法国的卡达拉什，而美国、韩国和日本则主张 建在日本的六所村。因为没有选择加拿大作为反应堆候选国，加拿大政府随后 宣布，由于缺乏资金退出该计划。至此，ITER的参与国只剩下欧盟、美国、 俄罗斯、日本、韩国和中国6方，并且形成了泾渭分明的两个阵营。
等离子体诊断
等离子体（Plasma） — 物质第四态
> 99%
热量 电能 紫外光 可见光 (激光)
William Crookes (1879, English physicist )
准中性的电离气体。有人 也称之为“超气态”
Irving Langmuir (1929, American chemist and physicist).
n n ( 2 m kT ) 2 g e i e e i kT e 3 n g h 0 0 3 2
E i
10-122

2、判断是否为等离子体：
e n
电子的碰撞频率与中性粒子的碰撞频率相近， 这时一般ne～0.1n0

3、判断是否为等离子体： 气体足够稠密，以致德拜球尺度λ D远小 于L 。
等离子体与应用
High efficiency lighting Manufacturing of semiconductors for home computers TVs and electronics Flat-panel displays Surface treatment of synthetic cloth for dye adhesion.
2005年6月28日，中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、和韩国6个ITER计 划谈判参与国再次讨论了ITER场址问题。由于欧盟和日本在场址问题上 的争执，ITER场址一直未能确定下来，经过长达1年多的谈判，6个计划 参与国最终达成一致意见，确定法国的卡达拉什为ITER计划场址，并签 署了联合宣言。
2006年5月24日上午，中国、美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本和印度等 7方科技部长分别代表各国政府草签了协定。根据谈判结果，反应堆将建 在法国的卡达拉什，项目预计持续30年，前10年用于建设，后20年用于 操作实验。这一项目总花费预计约为100亿美元，欧盟承担50％的费用， 其余6方分别承担10％，超出预计总花费10％的费用将用于支付建设过程 中由于物价等因素造成的预算超支。此外，参与各国完全平等地享有项目 的所有科研成果和知识产权
等离子体物理的三大发展方向
以自然等离子体为研究 对象如：太阳、磁暴 、太阳风等
天体物理学
等离子体物理 1）等离子体约束问题 2）等离子体辐射损失 3）等离子体不稳定性 问题
受控核聚变
低温等离子体
应用：电弧等离子体 切割、焊接、溅射、刻 蚀等
ITER
ITER是International Thermonuclear Experimental Reactor的简写，全称国 际热核聚变实验反应堆，也被人们形象 地称为人造太阳，地点设在法国的南部 小城卡达拉舍。为欧盟、美国、中国、 日本、韩国、瑞士和俄罗斯等七方共同 参与。
等离子体按电离度不同分类：
电离度电离度β = ne / (ne + nn)，以此来 衡量等离子体的电离程度。 β =1的等离子体称为完全电离等离子体。
例如：日冕、核聚变中的高温等离子体
的电离度都是100%， 强电离等离子体：电离度大于1%
(β≥10-2 ) 例如：火焰中的等离子体
大多数：等离子体为中性粒子(β <10-3 )， 称之为弱电离等离子体。
等离子体按温度分类
高温等离子体 Te ~ Ti ~Tn ~ 104K 低温等离子体 Tn << Te ~ 104K
接近于大气压的高气压条件下，电子、离子、中性粒子会 通过激烈碰撞而充分交换动能，使等离子体达到热平衡状 态。 高温等离子体中：大气压下或更高，阴极和阳极间的电弧 放电作用使得流入的工作气体发生电离，输出的等离子体 呈喷射状，可用作等离子体射流(plasma jet)、等离子体喷 焰(plasma torch)等。 数百帕以下的低气压等离子体处于非热平衡状态。电子在 与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，有 Te>>Ti , Te>>Tn。这样的等离子体称为低温等离子体 (cold plasma)。即使是在高气压下，低温等离子体还可以 通过不产生热效应的短脉冲放电模式来生成。
中国政府宣布投入10亿美元参与ITER计 划的运作，这是迄今中国投入最大的国 际大科学工程。参与该计划研究工作的 包括中国科学院等离子体物理研究所、 核工业西南物理研究院等中国研究机构。 氘氚聚变反应能够释放出大量能量
ITER计划的发展过程
1985年，在美、苏首脑的倡仪和国际原子能机构（简称IAEA）的赞同下，” 国际热核实验堆（简称ITER）” 确立，其目标是要建造一个可持续燃烧的托卡 马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性。由欧、美、日、俄四方共同承 建，并于1998年完成了ITER的工程设计，预算造价约100亿美元。由于国内聚变 研究政策的调整，美国曾于1998年退出ITER计划，但欧、日、俄三方仍然全力推 进，2001年已完成新的设计及大部分部件与技术的研发。新的设计保留了ITER原 设计的主要目标，经费却降至约46亿美元。