等离子体物理基础期末考试含答案

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电感耦合等离子体基础知识考核试卷含答案

电感耦合等离子体发射光谱仪基础知识考核试卷姓名：___________分数：_______ 一、填空题（33分，每空1分）1．原子发射光谱分析过程主要分三步：、和。

答案：激发分光检测2．ICP焰炬通常分成三区：即、和。

答案：预热区初始辐射区正常分析区3．ICP光谱仪的进样装置通常是由、和组成。

答案：雾化器雾室相应的供气管路4．ICP-AES法存在的主要干扰有、、、和。

答案：物理干扰光谱干扰化学干扰电离干扰去溶干扰5．影响ICP-AES法分析特性的主要工作参数有3个，即、和。

答案：高频功率载气流量观测高度6．用ICP-AES法测定水中金属元素，为尽量降低空白背景，测定所使用的所有容器清洗干净后，需用10％的荡洗、冲洗、反复冲洗。

答案：热硝酸自来水去离子水7．用ICP-AES法测定水中金属元素，目前常用的、比较简便的校正元素间干扰的方法是或。

答案：扣除背景干扰系数法8.测钾或钠时，高频功率选择________KW，其他元素一般不做更改。

9.常用的内标元素为________和________，采用内标元素________时，对应_______束，选用谱线________nm,浓度一般配制________mg/L，采用内标元素________时，对应_______束，选用谱线________nm,浓度一般配制________mg/L。

答案：钇，铟，钇，离子，371.03,1-2，铟，原子，325.609,5-1010. 为防止波长漂移，ICP-AES光谱仪在测定前至少要开机预热________ 分钟以上。

二、判断题（10分）1．用ICP-AES法测定水中金属元素时，配制分析用的单元素标准贮备液和中间标准溶液的酸度应保持在0.1mol／L以上。

( )答案：正确2．ICP-AES法测定用进样系统长期使用后要及时清洗，mini炬管和进样系统可以用超声波清洗。

( )答案：错误正确答案为：混合标准溶液的酸度应尽量保持与待测样品溶液的酸度一致。

大连理工大学等离子体物理基础试题B(2010.6)

大连理工大学一、Write the expressions.(20)(a)Bohm velocity(b)Electron Larmor radius(c)Ion plasma frequency(d)Gravitational drift velocity(e)Magnetic moment.二、For a magnetic mirror system with the mirror ratio 4. Determine the conditionunder which the charged particles are confined in the system and calculates the probability of loss. (15)三、Assuming the electrons at thermal equilibrium, write the Maxwellian distribution with the temperature T e and the expression of electron mean kinetic energy. (10)四、Write the expression of the change in the kinetic energy of a electron as a resultof elastic collision with a atom. (10)五、Assuming that the thermal diffusion is insignificant，write the electron and ion directed velocities respectively. Deduce the ambipolar electric field and the ambipolar directed velocity. (15)六、Deduce the Child-Langmuir law for the collisionless sheath.(15)*七、Write the dispersion relation for electromagnetic waves propagating in a plasma with no dc magnetic field, and then deduces the phase velocity, the group velocity, and the cutoff condition. If k is imaginary, please determine the skin depth.（15）*为考了类似的，其中第一题必会！感谢您的支持与配合，我们会努力把内容做得更好！。

复习题-等离子体物理基础

等离子体物理基础-期终复习题一. 名词解释等离子体（plasma); 物质的第四态（plasma); 等离子体独立参量;朗道（Landau)长度; 德拜半径或德拜长度（Debye Length)；德拜（Debye)屏蔽；朗缪尔（Langmuir ）振荡；拉摩（Larmor)频率；拉摩（Larmor ）半径; 磁镜效应; 寝渐不变量;磁流体力学理论（MHD ,即Magneto —Hydro-Dynamic)；动理学理论(kinetic theory).二。

在讨论单个带电粒子的运动时，若除了受到磁场作用外，还受到其它外力场作用,则带电粒子的运动方程可以写成： F B v q dtv d m +⨯=)(，试说明该式的物理意义。

三. 在讨论单个带电粒子的运动时，已知带电粒子在磁场中的漂移运动速度是：2qB B F v D ⨯=⊥，其中⊥F 是指垂直于磁场方向的外力,（1)简要说明该式的物理意义； (2）简要说明电漂移、重力漂移、梯度漂移、曲率漂移和径向漂移产生的条件.四.考虑磁场B 随时间t 缓慢变化，那么在带电量q 的粒子回旋轨道内会感生一个环向电场E ，电场方向是回旋轨道的切向, 由于这电场的存在，使带电粒子在回旋轨道上产生横向动能W ⊥的增量, 起因于电场对带电粒子做功。

已知W ⊥=—μB ，其中μ 是带电粒子的磁矩, 求证: 磁矩μ =常数. (可能用到:⎰⎰⎰•∂∂=•S d tB l d E ）五．在讨论均匀理想的导电流体的磁流体方程时，可概括为如下九个方程：（1)流体方程(连续方程，运动方程,能量方程); (2)麦克斯韦方程组；(3)广义欧姆定律和电荷守恒定律。

目前各方程混杂如下,试根据其物理意义,挑选出流体方程和广义欧姆定律和电荷守恒定律的五个表式. ,t ),(,0,0),(00∂∂-=⨯∇∂∂ε+μ=⨯∇=•∇+∂ρ∂=•∇⨯+σ=B E t E j B j t B B v E j E.,,1,00B j E P dt v d P E v t E m m E m m ⨯+ρ+-∇=ρ=ρρε=•∇=•∇ρ+∂ρ∂γ-常数六. 考虑在一稳恒电场中0=∂∂t E ，利用磁流体方程，试证明感应方程： B B v t B m 2)(∇η+⨯⨯∇=∂∂, 其中σμ=η01m 称为磁黏滞系数。

等离子体物理的练习题解析与答疑

等离子体物理的练习题解析与答疑等离子体物理是研究等离子体性质和行为的科学，其在物理学和工程学中扮演着重要的角色。

本文将对等离子体物理领域中的一些典型练习题进行解析，并答疑相关问题。

【问题一】：简述等离子体的基本定义和性质。

【解析】：等离子体是由等量的正负离子和自由电子组成的气体，其准中性特性使得宏观上呈现出中性的外观。

与普通气体相比，等离子体在电磁场中的行为显著不同，具有导电性、等离子激发和等离子波传播等独特性质。

【问题二】：对等离子体参数进行定义。

【解析】：等离子体参数常用于描述等离子体的宏观性质和行为。

其中，电子密度(n)表示单位体积内自由电子数目，单位为m^-3；等离子体温度(T)表示等离子体内电子和离子的平均动能，单位为K；等离子体扩散系数(D)表示等离子体中粒子的扩散速率，单位为m^2/s。

【问题三】：简述等离子体的产生机制和主要应用领域。

【解析】：等离子体可通过加热、辐射、电离和激发等手段产生。

其中，等离子体的电离和激发是主要机制，通过高能电子、离子束或辐射源对气体进行电离或激发，使其转变为等离子体。

等离子体物理广泛应用于各个领域，如等离子体显示器、等离子体喷涂、等离子体医学和等离子体加速器等。

其中，等离子体显示器在平板电视、电子屏幕中得到广泛应用，等离子体喷涂在表面涂层和材料改性中发挥着关键作用。

【问题四】：解析全球等离子体研究的现状和挑战。

【解析】：全球范围内，等离子体物理研究正快速发展。

然而，面临着一些挑战。

首先是等离子体存在复杂的非线性效应，需要运用复杂的数学模型和计算方法进行研究。

其次是等离子体与固体材料的相互作用机理尚未完全解明，需要更多的实验和理论研究来深入探究。

此外，等离子体的物理现象和过程在大气和空间物理学中具有重要意义，但由于环境复杂和观测困难等原因，对等离子体的研究尚处于初级阶段。

【问题五】：答疑：等离子体物理与核物理的关系是什么？【解析】：等离子体物理和核物理是紧密相关的两个学科。

等离子体物理基础期末考试（含答案）

解：1、1/2302()8.310()e iD e i T T mm T T neελ-==?+， 2、氩原⼦量为40，221/21/200()8.0,()29pe pi e ine ne GHz MHz m m ωωεε====，3、14,0.19e i e ieB eB GHz MHz m m Ω==Ω== 4、设粒⼦运动与磁场垂直24.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===?===⼆、⼀个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为220()(1/)B z B z L =+，并满⾜空间缓变条件。

求：（1）带电粒⼦能被约束住需满⾜的条件。

（2）估计逃逸粒⼦占全部粒⼦的⽐例。

解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得22001122m mmv mv B B ⊥⊥=，即0m v ⊥⊥= （1）当粒⼦能被约束时，由粒⼦能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒⼦能被约束住的条件是在磁镜中央，粒⼦速度满⾜0022、逃逸粒⼦百分⽐201sin 129.3%2P d d πθθθπ===?? （2）三、在⾼频电场0cos E E t ω=中，仅考虑电⼦与中性粒⼦的弹性碰撞，并且碰撞频率/t t ea ea v νλ=正⽐于速度。

求电⼦的速度分布函数，电⼦平均动能，并说明当t ea ων>>时，电⼦遵守麦克斯韦尔分布。

解：课件6.6节。

电感耦合等离子体基础知识考核试卷含答案

电感耦合等离子体发射光谱仪基础知识考核试卷姓名：___________分数：_______ 一、填空题（33分，每空1分）1．原子发射光谱分析过程主要分三步：、和。

答案：激发分光检测2．ICP焰炬通常分成三区：即、和。

答案：预热区初始辐射区正常分析区3．ICP光谱仪的进样装置通常是由、和组成。

答案：雾化器雾室相应的供气管路4．ICP-AES法存在的主要干扰有、、、和。

答案：物理干扰光谱干扰化学干扰电离干扰去溶干扰5．影响ICP-AES法分析特性的主要工作参数有3个，即、和。

答案：热硝酸自来水去离子水7．用ICP-AES法测定水中金属元素，目前常用的、比较简便的校正元素间干扰的方法是或。

答案：扣除背景干扰系数法8.测钾或钠时，高频功率选择________KW，其他元素一般不做更改。

答案：钇，铟，钇，离子，371.03,1-2，铟，原子，325.609,5-1010. 为防止波长漂移，ICP-AES光谱仪在测定前至少要开机预热________ 分钟以上。

二、判断题（10分）1．用ICP-AES法测定水中金属元素时，配制分析用的单元素标准贮备液和中间标准溶液的酸度应保持在0.1mol／L以上。

( )答案：正确2．ICP-AES法测定用进样系统长期使用后要及时清洗，mini炬管和进样系统可以用超声波清洗。

( )答案：错误正确答案为：混合标准溶液的酸度应尽量保持与待测样品溶液的酸度一致。

等离子体物理基础期末考试(含问题详解)

解：1、1/2302()8.310()e iD e i T T mm T T neελ-==⨯+， 2、氩原子量为40，221/21/200()8.0,()29pe pi e ine ne GHz MHz m m ωωεε====，3、14,0.19e i e ieB eB GHz MHz m m Ω==Ω== 4、设粒子运动与磁场垂直24.210, 1.3e e i i ce ci m v m v r mm r mm qB qB -===⨯===二、一个长度为2L 的柱对称磁镜约束装置，沿轴线磁场分布为220()(1/)B z B z L =+，并满足空间缓变条件。

求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。

（2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。

解：1、由B(z)分布，可以求出02m B B =，由磁矩守恒得22001122m mmv mv B B ⊥⊥=，即0m v ⊥⊥= （1）当粒子能被约束时，由粒子能量守恒有0m v v ⊥≥，因此带电粒子能被约束住的条件是在磁镜中央，粒子速度满足002v v ⊥≥2、逃逸粒子百分比201sin 129.3%2P d d πθϕθθπ===⎰⎰ （2）三、在高频电场0cos E E t ω=中，仅考虑电子与中性粒子的弹性碰撞，并且碰撞频率/t t ea ea v νλ=正比于速度。

求电子的速度分布函数，电子平均动能，并说明当t ea ων>>时，电子遵守麦克斯韦尔分布。

解：课件6.6节。

等离子体物理基础期末考试(含答案)

求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。

（2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。

求电子的速度分布函数，电子平均动能，并说明当t ea ων>>时，电子遵守麦克斯韦尔分布。

解：课件6.6节。

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求：（1）带电粒子能被约束住需满足的条件。

（2）估计逃逸粒子占全部粒子的比例。

求电子的速度分布函数，电子平均动能，并说明当t ea ων>>时，电子遵守麦克斯韦尔分布。

解：课件6.6节。

电子分布函数满足2200010220011cos 1()(())(1.1)32cos (1.2)t a ea e a t ea e f eE t T f v f v vf t m v v v v m v eE t f f f tm v ωκνων∂∂∂∂⎧-=+⎪∂∂∂∂⎪⎨∂∂⎪-=-⎪∂∂⎩因为0f 的弛豫时间远远大于1f 的弛豫时间，因此近似认为0f 不随时间改变，1f 具有ω的频率，即111120 (2.1)(,)()cos ()sin (2.2)f t f v t f v t f v t ωω∂⎧=⎪∂⎨⎪=+⎩(2.2)代入(1.2)中，得0011121112()cos ()sin cos ttea ea e eE df f f t f f t t m dvωνωωνωω+--= （3）对比cos t ω和sin t ω的系数，(3)解得000011122222,()()tea t t e ea e ea eE df eE df f f m dv m dvνωωνων==++ （4） (4)代入(1.1)得2222000222222((1cos 2)()sin 2())6t ea t t e ea ea e E v df df d d v t t m v dv dv dv dvνωωωωνων-++++ 20021(())2t a ea a T f v vf v v m vκν∂∂=+∂∂ （5）对(5)求时间平均得22220000222221()(())62t t ea a ea t e ea a e E v df T f d v vf m v dv dv v v m v νκνων∂∂-=++∂∂ （6）引入有效电场2220222()t eaefft ea E E νων=+代入(6)得 222200021()(())32eff t a ea t e ea a e E v df T f d v vf dv m dv v m vκνν∂∂-=+∂∂ （7）对(7)两端积分，得2200022203eff a t e ea a e E df T f vf m dv m vνκ∂++=∂ （8）所以电子分布函数为 0222200exp()/3()ve t ae ea m vdvf A T e E m κων=-++⎰ （9）其中A 为归一化系数，电子动能为4002()e e K m f v v dv π∞=⎰（10）当tea ων>>时，0222200exp()/3()ve t ae ea m vdvf A T e E m κων=-++⎰ 22200exp()/3ve ae m vdvA T e E m κω≈-+⎰222/23/202()e ,23e e m v T e e a e e m e E T T T m πκω-==+ （11）为麦克斯韦分布。

四、设一长柱形放电室，放电由轴向电场维持，有均匀磁场沿着柱轴方向，求：（1）径向双极性电场和双极扩散系数；（2）电子和离子扩散系数相等时，磁场满足的条件；（3）当磁场满足什么条件时，双极性电场指向柱轴。

解：课件8.5节。

1、粒子定向速度u 满足 nu E D nμ⊥⊥⊥∇=- （1）其中/c eB m ω=，211(/)c m m e m μωνν⊥=+，211(/)c m mTD m ωνν⊥=+。

双极性扩散中，电子密度等于离子密度，电子通量等于离子通量，根据(1)，因此径向方向上有i i i i i nu nE D n μ⊥⊥⊥Γ==-∇e e e e e nE D n nu μ⊥⊥⊥=--∇==Γ （2）解方程(2)得径向双极性电场i e i e D D nE nμμ⊥⊥⊥⊥-∇=+ （3）代入(2)得到e i i ei eD D n μμμμ⊥⊥⊥⊥⊥⊥+Γ=-∇+ （4）因此径向双极扩散系数为e i i ea i eD D D μμμμ⊥⊥⊥⊥⊥⊥⊥+=+。

2、电子和离子扩散系数分别为 211(/)i i i i i i T D m eB m νν⊥=+ 211(/)e e e e e e T D m eB m νν⊥==+ （5）解方程(5)得22()i i e e e i i i e e i i i e e em m T m T m e B m T m T νννννν-=- （6）注意到i e m m >>，因此磁场满足22i i e e eim m T B e T νν=。

3、双极性电场指向柱轴等价于22222222222222220i i i e e ei ei i e e i i e ei ei i e e T m T m D D m e B m e B n nE em em n n m e B m e B ννννννμμνν⊥⊥⊥⊥⊥--++∇∇==<++++ （7）当考虑,,i e e i i i e e m m T T T m T m >>>>>>时，(7)简化为2222i i e e e i i i m m T e B T m ννν< （8）(8)成立即双极性电场指向柱轴的条件是22i i e e eim m T B e T νν>。

五、如果温度梯度效应不能忽略, 推导无磁场时双极扩散系数和双极性电场。

解：粒子运动方程0m qnE p mn u ν-∇-= （1）若等离子体温度有梯度，即p T n n T ∇=∇+∇，有m m m q T n T T u E m m n m Tννν∇∇=-- （2）即/nu nE D n Dn T T μΓ==-∇-∇ （3）其中,m mq TD m m μνν==。

双极性扩散中，电子密度等于离子密度，电子通量等于离子通量，因此有//i i i i e e e e nE D n D n T T nE D n D n T T μμΓ=-∇-∇=--∇-∇=Γ （4）由方程（4）解得双极性电场满足 i e i e i e i e D D D D n TE n Tμμμμ--∇∇=+++ （5）将（5）带入（4），得 /e i i e e i i ei e i e i eD D D D n n T T μμμμμμμμ++Γ=Γ=-∇-∇++ （6）因此双极性扩散系数为e i i ea i eD D D μμμμ+=+。

六、推导出无碰撞鞘层Child 定律和玻姆鞘层判据。

解：课件9.1节。

在无碰撞鞘层中作如下假设：电子具有麦克斯韦分布；离子温度为0K ；等离子体-鞘层边界处坐标为0，电场电势为0，此处电子离子密度相等，离子速度为s u 。

根据粒子能量守恒得221122s Mu Mu e φ=- （1）根据粒子通量守恒得i s s n u n u = （2）解得，1/222(1)i s se n n Mu -Φ=-。

电子满足玻尔兹曼分布/e T e s n n e Φ=，带入泊松方程得 2/1/22201((1/)),2T s s s s en d e eE Mu dx εΦ-Φ=--ΦE = （3）上式两端乘d dx Φ并对x 积分，注意有00|0,|0x x d dx==ΦΦ==，得/1/2()((1/))T s s en d d d d dx e dx dx dx dx dx εΦ-ΦΦΦ=--ΦE ⎰⎰2/1/201()(2(1/)2)2T s s s s en d Te T E E dx εΦΦ=-+-ΦE - （4）（4）要保证右端为正，当||0Φ>>时显然成立。

当||Φ较小时，对其线形展开得，22221124se e T E ΦΦ≥化简得玻姆鞘层判据1/2()s B eT u u M≥=。

当阴极鞘层的负偏压较大时，/0eT e s n n e Φ=≈，s E <<Φ，此时（4）近似等于21/21/2012()2()()2s s en u d e dx Mε-Φ=-Φ （5）记0s s J en u =，（5）两边开方再积分，注意边界条件00|0,|0x x d dx==ΦΦ==得 3/41/21/40032()()()2J e x Mε--Φ=（6）（6）中带入边界条件0()s V Φ=-，化简得无碰撞鞘层Child 定律3/21/2000242()9V e J M s ε=七、设一无碰撞朗谬尔鞘层厚度为S ，电压为V ，证明：一个初始能量为零的离子穿过鞘层到达极板所需时间为03/t s v =，这里1/20(2/)v eV m =。

解：朗缪尔鞘层中电势的分布为 3/41/21/4032()()2J e x mε---Φ=（1） Child 定律为3/21/20242()9e V J m sε=，带入（1）得鞘层电势分布满足 4/3()xV sΦ=- （2）由粒子能量守恒得212mv e =-Φ （3）带入得（2），化简得2/30()dx xv v dt s== （4）对于方程(4)将含x 项移到左边，两边乘dt 再积分，注意到初始条件0|0t x ==，得2/31/33s x t v = （5）当粒子到达极板时，有x s =，带入（5）得03/t s v =八、一个截面为正方形（边长为a ）长方体放电容器内，纵向电场维持了定态等离子体，设直接电离项为i nn tδνδ=，并忽略温度梯度效应，求：（1）在截面内等离子体密度分布和电离平衡条件：（2）设纵向电流密度为e j en E μ=，给出穿过放电室截面的总电流表达式。