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等离子体及其在环境中的应用(共28张PPT)
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正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
5 mm
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5 mm
介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
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空气净化
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臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
Influent gas
NTP
Catalyst
Effluent gas
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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。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
正、负电晕放电随电压(diànyā)变化的图像
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介质阻挡 放电（ (zǔdǎng) DBD)
• 也叫无声放电。结合(jiéhé)了辉光放电和电晕放电的优点，可以在大气压 条件下产生大面积低温等离子体[32]，且体系温度与活性粒子的密度 均适中。将绝缘介质插入两个电极之间，防止电极的直接击穿形成 火花弧光放电，从而形成均匀稳定的大面积等离子体。
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电除尘
• 电除尘器是利用电晕放电产生的大量离子(lízǐ)使得粒子荷电，并使荷电 粒子在电场力的驱动下移向集尘板，从而将微粒从气流中分离出来的 装置。用电除尘的方法分离、捕集气体中的尘粒。
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臭氧 发生器 (chòuyǎng)
• 臭氧(chòuyǎng)是一种氧化和杀菌性能极高的氧化剂，被广泛用于食品加工存 储与保鲜、医疗卫生及餐具消毒和水处理等行业。臭氧(chòuyǎng)易分解为氧， 不便于收集贮存，必须在常温或低温下现场生产。臭氧(chòuyǎng)的主要生产
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Influent gas
NTP/Catalyst
Effluent gas
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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。
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辉光 放电 (huī ɡuānɡ)
电磁场与微波技术教学资料-微波等离子体ppt课件.pptx
1989的Andrews D A和King T A研究了微波激励的氨-氖激 光器，采用频率50-1000MHz，用条形线微波电路(横向场激发) 。前苏联自20世纪70年代开始，以超高频电场激发等离子体用于 激光器的研制，如Mikhalevskii和Muller的工作。德国在1991年 已研制成输出功率为8kW的微波激励CO2激光器，激光输出功率 对微波输入功率之比的效率达25％以上，它是脊波导等离子体发 生器，属横向场。国内也有许多单位开始了这方面的研究工作。
• 等离子体可以采用磁约束的方法，约束在设定的空间内，微波结 构和磁路可以兼容。
• 安全可靠。高压源和等离子体发生器相互隔离，这是直流等离子 体所不能实现的，微波泄露容易控制，易达到辐射安全标准。这 是高频感应等离子体难以达到的。
• 微波发生器是稳定的，容易控制，采用三端口环形器保护装置以 后，可以使反射功率顺利地进入负载，振荡管不受负载变化的影 响，输出功率仅决定于工作点的选择。
MPCVD制备金刚石薄膜的优越性
采用 CVD 法制备金刚石膜的工艺, 目前已经开发出很多种, 其中主要 有: 热丝法(HFCVD)、微波法(MPCVD)、直流等离子体炬法(DC Plasmajet CVD)和氧-乙炔燃烧火焰法(Oxy-acetylene CombustionFlame)。
微波法是用电磁波能量来激发反应气体。 由于是无极放电, 等离子体 纯净, 同时微波的放电区集中而不扩展, 能激活产生各种原子基团如原子氢 等, 产生的离子的最大动能低, 不会腐蚀已生成的金刚石。 它与热丝法相 比, 避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染以及热金属丝对 强腐蚀性气体如高浓度氧、 卤素气体等十分敏感的缺点, 使得在工艺中能 够使用的反应气体的种类比 HFCVD 中多许多;与直流等离子体炬相比, 微 波功率调节连续平缓, 使得沉积温度可连续稳定变化, 克服了直流电弧法中 因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的在DC plasma-jet CVD 中金刚石膜很容易从基片上脱落 ; 通过对MPCVD 沉积 反应室结构的结构调整, 可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体 球, 有利于大面积、 均匀地沉积金刚石膜, 这一点又是火焰法所难以达到 的。因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分 突出。
• 等离子体可以采用磁约束的方法，约束在设定的空间内，微波结 构和磁路可以兼容。
• 安全可靠。高压源和等离子体发生器相互隔离，这是直流等离子 体所不能实现的，微波泄露容易控制，易达到辐射安全标准。这 是高频感应等离子体难以达到的。
• 微波发生器是稳定的，容易控制，采用三端口环形器保护装置以 后，可以使反射功率顺利地进入负载，振荡管不受负载变化的影 响，输出功率仅决定于工作点的选择。
MPCVD制备金刚石薄膜的优越性
采用 CVD 法制备金刚石膜的工艺, 目前已经开发出很多种, 其中主要 有: 热丝法(HFCVD)、微波法(MPCVD)、直流等离子体炬法(DC Plasmajet CVD)和氧-乙炔燃烧火焰法(Oxy-acetylene CombustionFlame)。
微波法是用电磁波能量来激发反应气体。 由于是无极放电, 等离子体 纯净, 同时微波的放电区集中而不扩展, 能激活产生各种原子基团如原子氢 等, 产生的离子的最大动能低, 不会腐蚀已生成的金刚石。 它与热丝法相 比, 避免了热丝法中因热金属丝蒸发而对金刚石膜的污染以及热金属丝对 强腐蚀性气体如高浓度氧、 卤素气体等十分敏感的缺点, 使得在工艺中能 够使用的反应气体的种类比 HFCVD 中多许多;与直流等离子体炬相比, 微 波功率调节连续平缓, 使得沉积温度可连续稳定变化, 克服了直流电弧法中 因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的在DC plasma-jet CVD 中金刚石膜很容易从基片上脱落 ; 通过对MPCVD 沉积 反应室结构的结构调整, 可以在沉积腔中产生大面积而又稳定的等离子体 球, 有利于大面积、 均匀地沉积金刚石膜, 这一点又是火焰法所难以达到 的。因而微波等离子体法制备金刚石膜的优越性在所有制备法中显得十分 突出。
最新整理等离子体综合实验.ppt
实验所有测得的数据
实验三 探针法测电子温度
相同功率，不同工作气压下测得的探针I~U曲线
I(μA) I(μA)
功率：1.4W 气压=15Pa
0.10
0.9914 4.95
功率：1.4W 气压=30Pa
0.20
1.5557 3.89
相同功率下， 气压越大电 子温度越小；
相同工作气压，不同功率下测得的探针I~U曲线
2、实验测得的数据会时间的变化而变化。
3、实验不足之处：没有对等离子体放电现象进行光谱分 析。
谢谢大家
THANK YOU FOR YOUR ATTETION
集体效应突出地反映了等离子体和中性气体的区别。
气体放电
气体放电可以采用多种能量激励形式，如直流、微波、 射频等能量形式。其中直流放电因为结构简单、成本低 而受到广泛应用。直流放电形成辉光等离子体的经典结 构如图（1）所示。
直流低气压放电
低气压放电可分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧 放电。从左至右，其唯象结果如下：
2、随着pd的增大，击穿电压先减小后增大，曲线大致符 合帕邢定律；最小击穿电压在290V左右。 3、探针法测电子温度：相同功率下，气压越大测得电子 温度越小；相同气压下，功率越大测得的电子温度越大。
实验反思
1、实验仪器测得的数据重复性较差，因此为了保证实验 结果的准确性，可以：
（1）使用同组的实验数据进行分析； （2）多次测量，比较不同组数据之间的差异；
pd值单调变化时的击穿电压
pd/Pa·mm U/V
845 1120 1275 1680 1785 2155 2240 280
303
308
315
324
342
369
等离子体粒子模拟及应用
磁张力
磁压强
等离子体的平衡
j B p B 0 J B 0
假定磁力线平直， Bx By 0, Bz B 则
Bz B2 0 (B )B 0 p 常数 z 20
伯努利积分？？
磁场的扩散和冻结
B (u B) m 2 B t
扩散 冻结
B m 2 B t
B (u B) t
等离子体动力论
玻尔兹曼方程：
f f f f v a ( )c t r v t f f q f v (E v B) 0 t r m v
10 10 106
§2.3 朗缪尔振荡
●等离子体产生电荷分离后，产生内部电场，力图恢
复电中性，产生振荡。 朗缪尔振荡频率 pe
ne e2 1/ 2 ( ) me 0
朗缪尔振荡振幅
a D
等离子体物理学的应用
●气体放电 ●核聚变 ●空间物理学 ●天体物理学 ●等离子体推进 ●固态电子学 ●气体激光器
vx v cos(t ) v y v sin(t )
●均匀恒定电磁场中的电漂移
vE EB B2
●重力漂移
vE mg B qB 2
带电粒子在变化磁场中的运动
●梯度漂移
vB W W 3 B B= 2 2 R B qB qB R
2W|| qB 2 R 2 2W|| qB 2
磁流体力学方程组
●无粘、不传热、理想导电 E u B 0
( u) 0 t du p j B dt p 常数 B (u B)= t B 0 J
磁压强和磁张力
j B T
等离子体PPT幻灯片课件
高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
3
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：
14
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。
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。
6
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
8
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。
3
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：
14
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。
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。
6
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
8
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。
等离子体粒子模拟及应用
2、水，被称为生命之母，那么科学家们主要检测火星上是否有水存在。 2008年7月31日，美国航空航天局科学家宣布，凤凰号火星探测器在火星上加热 土壤样本时鉴别出有水蒸气产生，从而最终确认火星上有水存在。
火星表面干涸的河床
美探测器拍到火星“春天”奇景
3、人类第一次对火星的探测是1965年美国 水手4号飞行器。1976年的两艘海盗号飞行器在火 星表面成功软着。1997年火星探路者登上火星 2004年美国宇航局的孪生火星探索探测器“勇气 号”和“机遇号”登上火星。
长期以来，火星都是科学家寻找外地生命的目标 之一，但是，由于这里贫瘠且干旱，人们的注意力便 逐渐从寻找火星人转移到发现简单的生命形态上了。
1、 由于火星距离太阳比较远，所接收到的太阳辐射能只有地球的43％， 因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度，昼夜温差可达上百摄氏度。在火 星赤道附近，最高温度可达20℃左右。火星平均温度在-23摄氏度以下，这与地 球南极洲的年平均气温-25摄氏接近。极有可能存在生命现象。这也是人类探测 火星的主要原因。
行星物理
人类对地球附近星球的探索
——月球、火星和金星
——月球
一、月球
1、月球的直径是3476千米， -----约为太阳直径的1/400，地球直径的27%。
2、地月距离约38.44万千米， ------是日地距的1/400。
3、月球的体积约为地球的1/49，而质量只有地球的1/81， ------因为月球离地球比太阳离地球近得多，所以月球
IMF的r分量与日心距离的平方成反比，IMF的切向分量与日心 距离的一次方成反比。IMF的螺旋角越来越与r方向成90度。
磁层的尺度
磁场重联 行星的卫星和行星磁层的相互作用 辐射带 波动和不稳定性 无线电波辐射
火星表面干涸的河床
美探测器拍到火星“春天”奇景
3、人类第一次对火星的探测是1965年美国 水手4号飞行器。1976年的两艘海盗号飞行器在火 星表面成功软着。1997年火星探路者登上火星 2004年美国宇航局的孪生火星探索探测器“勇气 号”和“机遇号”登上火星。
长期以来，火星都是科学家寻找外地生命的目标 之一，但是，由于这里贫瘠且干旱，人们的注意力便 逐渐从寻找火星人转移到发现简单的生命形态上了。
1、 由于火星距离太阳比较远，所接收到的太阳辐射能只有地球的43％， 因而地面平均温度大约比地球低30多摄氏度，昼夜温差可达上百摄氏度。在火 星赤道附近，最高温度可达20℃左右。火星平均温度在-23摄氏度以下，这与地 球南极洲的年平均气温-25摄氏接近。极有可能存在生命现象。这也是人类探测 火星的主要原因。
行星物理
人类对地球附近星球的探索
——月球、火星和金星
——月球
一、月球
1、月球的直径是3476千米， -----约为太阳直径的1/400，地球直径的27%。
2、地月距离约38.44万千米， ------是日地距的1/400。
3、月球的体积约为地球的1/49，而质量只有地球的1/81， ------因为月球离地球比太阳离地球近得多，所以月球
IMF的r分量与日心距离的平方成反比，IMF的切向分量与日心 距离的一次方成反比。IMF的螺旋角越来越与r方向成90度。
磁层的尺度
磁场重联 行星的卫星和行星磁层的相互作用 辐射带 波动和不稳定性 无线电波辐射
最新整理等离子体物理实验.ppt
光谱
P=14Pa Uf=379V If=1.16mA
7•63离.5n子m 浓度分布及玻璃管对光吸收 • 自吸收 • 非热平衡
826.5nm
伏安特性 击穿电压 温度密度 光谱
总结
可重复性不强： • 条件调节精度低 • 电压等不稳定 • 等离子放电改变自身状态 • 影响等离子体性质的因素很多
定性分析
~10K4
0K
温度
气态 液态 固态 等离子体
实验目的：
电子
• 放电电流-电压
离子
中性粒子
• 击穿电压
• 密度D、H温2度00—5型—探直针流辉光等离子体实验准装中置性
• 光谱
集体效应
plasma
图片from
击穿电压 —帕邢定律
[ C、a—常数，γ —二次发射系数]
静电探针诊断
76
5 4321
1—阿斯顿暗区 2—阴极辉光区 3—阴极暗区 4—负极辉光区 图片5fro—m《法等离拉子第体有暗关性区质的6测—量系正列实柱验区》高雪辰 7—阳极辉光区
伏安特性
极板间距=69mm 10.0Pa
电压一定
气压
放电电流
粒子数
9.8Pa
9.6Pa 7.4Pa
气压一定
电压
放电电流
粒子速度
I-U斜率随管内气压增大而增大Leabharlann 击穿电压序号1
U/V 665 p·d
6000 /Pa·mm
2 660
6000
3 648
6020
4 534
6030
mm
静电探针诊断
极板间距=67mm
内容丰富，探究方向多：磁场、唯象
参考文献
[1]复旦大学物理教学实验中心 [2]高雪辰 复旦大学物理系《等离子体有关性 质的测量系列实验》 [3]维感基谢乐百永科康、吴义正老师的指导和张枫同学的帮助！ [4]严伟，刘文正，李成柳（北京交通大学电
等离子体聚合成膜中的活性粒子模拟分析
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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
等离子体粒子模拟及应用
朗道共振 =k||v|| 回旋共振 k||v|| i,e
垂直传播的波 k B0 0
k E1 0 k E1 0
B1 0
纵波
横波
静电波，没有扰动磁场 电磁波，有扰动磁场
B1 0
磁化等离子体中的波
高混杂波，离子不动。垂直于磁场传播，静电波。 色散关系
2 2 2 2 pe ce UH
静电离子波
考虑离子的影响 色散关系
寻常（O）模 色散关系
2 2 pe k 2c 2
异常（X）模
色散关系
n
2
k 2c2
2
2 2 pe 2 pe 1 2 2 2 UH
平行传播的波色散关系
n2
c2 k 2
2
e2 / 2 1 1 ce /
一般情况下
朗道共振和回旋共振
未磁化等离子体中的波
朗缪尔波的色散关系
ne neue 0 t x u ue pe me ne ( e ue ) ene Ex t x x Ex e(n0 ne ) / 0 x
小扰动近似，
Ex E1 ( x, t ) ue u1 ( x, t ) ne n0 n1 ( x, t )
色散关系
2 2 pi
2 pe
2
( ku0 ) 2
mi , ku0 pe
当质子质量有限时
2 2 pi pe L(, k ) 1 2 ( ku0 )2
未磁化等离子体中的电磁波
基本方程，假定横波
k E1 0，k B1 0
色散关系：
k 2 eTe / mi k 2 mi 1 e k 2 D
垂直传播的波 k B0 0
k E1 0 k E1 0
B1 0
纵波
横波
静电波，没有扰动磁场 电磁波，有扰动磁场
B1 0
磁化等离子体中的波
高混杂波，离子不动。垂直于磁场传播，静电波。 色散关系
2 2 2 2 pe ce UH
静电离子波
考虑离子的影响 色散关系
寻常（O）模 色散关系
2 2 pe k 2c 2
异常（X）模
色散关系
n
2
k 2c2
2
2 2 pe 2 pe 1 2 2 2 UH
平行传播的波色散关系
n2
c2 k 2
2
e2 / 2 1 1 ce /
一般情况下
朗道共振和回旋共振
未磁化等离子体中的波
朗缪尔波的色散关系
ne neue 0 t x u ue pe me ne ( e ue ) ene Ex t x x Ex e(n0 ne ) / 0 x
小扰动近似，
Ex E1 ( x, t ) ue u1 ( x, t ) ne n0 n1 ( x, t )
色散关系
2 2 pi
2 pe
2
( ku0 ) 2
mi , ku0 pe
当质子质量有限时
2 2 pi pe L(, k ) 1 2 ( ku0 )2
未磁化等离子体中的电磁波
基本方程，假定横波
k E1 0，k B1 0
色散关系：
k 2 eTe / mi k 2 mi 1 e k 2 D
等离子体表面技术及应用报告.ppt
精选
等离子外表技术的应用
• 改变材料外表浸润性
精选
• 左图，PTFE，聚四氟乙烯外表的疏水性
等离子外表技术的应用
左图中是一个展示用的用等离 子体技术只处理一半的聚四氟 乙烯〔PTFE〕 填料环。稍一淋水就可以看到 处理的右一半挂上了均匀水膜， 而且它很稳 定，不破裂，不收缩，最后直 至水份蒸发干；没处理的左一 半挂上的水在 几秒只内就收缩成一些水滴。
精选
等离子外表技术的应用
• 改善复合材料粘附性
•
外表能低,浸润性差是聚合物材料的一大特
点, 但在复合材料、印刷、涂层、粘接、印染等生
产领域都需要材料外表具有良好的浸润性和粘附
性能。而等离子体技术可以在不损害基材本体优 良性能的同时在外表引入极性基团, 提高外表能和 浸润性。氟塑料，包括PTFE，PVDF，PFA, FEP是很难粘结的高分子材料，利用等离子体技
• 3. 等离子体种类 • 1〕 高温等离子体和低温等离子体。在
低压体气的场合产生的等离子体称为低温 等离子体；气体处于高压状态并从外界获 得大量能量，得到的等离子体称为高温等 离子体。由于高温等离子体对物体外表的 作用过于强强烈，因此在实际应用中很少 使用，目前投入使用的只有低温等离子体。
• 2〕 活泼气体和不活泼气体等离子体。 根据产生等离子体时精应选 用的气体的化学性
3、医用领域：修复学上移植物的外表预处理，增强其浸润性、粘附性和 相容性，医疗器械的消 毒和杀菌
4、改善粘接光学元件、光纤、生物医学材料、宇航材料等所用胶水的粘 和力
5、去除金属材料外表的氧化物
6、使玻璃、塑料、陶瓷、高聚合物等材料外表活化，增强其外表粘附性、
浸润性、相容性
精选
7、高分子材料外表修饰
等离子外表技术的应用
• 改变材料外表浸润性
精选
• 左图，PTFE，聚四氟乙烯外表的疏水性
等离子外表技术的应用
左图中是一个展示用的用等离 子体技术只处理一半的聚四氟 乙烯〔PTFE〕 填料环。稍一淋水就可以看到 处理的右一半挂上了均匀水膜， 而且它很稳 定，不破裂，不收缩，最后直 至水份蒸发干；没处理的左一 半挂上的水在 几秒只内就收缩成一些水滴。
精选
等离子外表技术的应用
• 改善复合材料粘附性
•
外表能低,浸润性差是聚合物材料的一大特
点, 但在复合材料、印刷、涂层、粘接、印染等生
产领域都需要材料外表具有良好的浸润性和粘附
性能。而等离子体技术可以在不损害基材本体优 良性能的同时在外表引入极性基团, 提高外表能和 浸润性。氟塑料，包括PTFE，PVDF，PFA, FEP是很难粘结的高分子材料，利用等离子体技
• 3. 等离子体种类 • 1〕 高温等离子体和低温等离子体。在
低压体气的场合产生的等离子体称为低温 等离子体；气体处于高压状态并从外界获 得大量能量，得到的等离子体称为高温等 离子体。由于高温等离子体对物体外表的 作用过于强强烈，因此在实际应用中很少 使用，目前投入使用的只有低温等离子体。
• 2〕 活泼气体和不活泼气体等离子体。 根据产生等离子体时精应选 用的气体的化学性
3、医用领域：修复学上移植物的外表预处理，增强其浸润性、粘附性和 相容性，医疗器械的消 毒和杀菌
4、改善粘接光学元件、光纤、生物医学材料、宇航材料等所用胶水的粘 和力
5、去除金属材料外表的氧化物
6、使玻璃、塑料、陶瓷、高聚合物等材料外表活化，增强其外表粘附性、
浸润性、相容性
精选
7、高分子材料外表修饰
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粒子模拟的历史
• Buneman(1959),Dawson(1962),点粒子 • Birdsall,粒子云的概念 • 70年代，多维模拟 • 90年代，并行计算
粒子模拟的一些概念
• 维数
1 2 ，2 1 ，3 22
• 不同模型
超粒子和粒子云的概念
kT NkT ND ND / N
一个超粒子代表N个性质一样的真实的点粒子，这 样的主要结果是减少了等离子体参量 N D ，人为增 加了碰撞的效应，用有一定大小的粒子云的概念可 减少碰撞效应。
··
·
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Particles in anywhere<===>Fields in Grids interpolation
Solve particles and fields self-consistently
和MHD模பைடு நூலகம்的不同之处
MHD是流体的观点，假定粒子速度分布满 足Maxwell分布。空间等离子体非常稀薄， 这意味着时间足够长或空间区域足够长。 粒子模拟可假定粒子满足任何分布，有更 强的物理基础。它的限制来自算法，适合 时间尺度比较短（离子回旋周期），空间 尺度不太大（离子惯性长度）。
参考书目
● 中文：
1、等离子体粒子模拟（邵福球，科学出版社,2002） 2、空间等离子体数值模拟（傅作风、胡友秋，安徽科学 技术出版社, 1995）
●英文：
1. Plasma Physics via Computer Simulation (C. K. Birdsall and A. B. Langdon, New York:McGraw-Hill ) 2. Computer Simulation using Particles (Hockney and Eastwood, New York:McGraw-Hill).
L D 电中性条件
ND 1 集体相互作用条件
p 1 碰撞足够少
另外
p
ND ln ND
等离子体模拟的方法
• MHD模拟 • 直接求解Vlasov方程 • 粒子模拟
粒子模拟方法概述
粒子在空面中运动，而电场和电荷电流密 度等物理量分配在网格点上。一般的计算 步骤如下：①根据粒子所在的具体位置求 得其对周围网格点的电荷和电流的贡献， 当所有粒子的贡献相加后即得到网格的电 荷密度和电流密度，②求解Maxwell方程 即得网格点上的电磁场, ③通过插值得到 离子和电子处的电磁场，④粒子在 Lorentz力的作用下运动。不断循环以上 过程，即可求解物理问题。
一些定量的结果
● 二维情况 点粒子： 1
pe 16ND
有限大小粒子： R 有限大小粒子，Rpe 1106N1D
，对半径 a D 为的
● 三维情况
点粒子： 1 •ln(37.7ND) pe 113.1 ND
有限大小粒子： pe11 1 3.1•R (a N ,D N D )ln(37.7N D ) 径 a D 为的有限大小粒子，R101
有限大小粒子对碰撞的影响
考虑点粒子时,粒子之间的作用力随距离增加变小, 两粒子无限近时作用力无穷大。
考虑有限大小粒子，当它们相距远时，和点粒子时 一样。当两粒子开始重合时，作用力开始下降，当 两粒子完全重合时，它们之间的作用力降到零。
效果：不改变远程相互作用，保留集体相互作用， 大大降低近距离碰撞。
，对半
• 基本理论
主要内容
• 静电模型及其应用
• 电磁模型及其应用
• 其他模型及其应用
第一章 绪论
●什么是等离子体？ 集体相互作用、准中性
●等离子体的基本参数
德拜长度
D
kT
(4n0e2
)1
2
等离子体频率 p
(4ne2
m
)1 2
电子回旋频率
e
eB mc
等离子体参量 ND
4 3
D3
n
等离子体维持的条件