等离子体物理基础知识总结
等离子体物理学的基础与应用
等离子体物理学的基础与应用等离子体物理学是物理学中研究等离子体性质、行为和应用的一个分支。
等离子体是第四态物质，是由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的，它具有高度的激发性和导电性。
在自然界中，等离子体广泛存在于太阳、闪电、地球磁层等环境中，也存在于人造装置中，如聚变反应器、等离子体喷射器等。
本文将介绍等离子体物理学的基础知识和应用领域。
一、等离子体的基本性质等离子体是由离子和电子组成的，这些离子和电子以相对独立的方式运动。
等离子体具有以下基本性质：1.高度激发性：等离子体的粒子处于高度激发状态，能量非常丰富。
当它们发生碰撞或受到外部刺激时，会释放出巨大的能量。
2.导电性：等离子体能够导电，因为其带电粒子可以自由移动。
这是由于电子和离子之间的相对运动。
3.磁场响应性：等离子体具有对外磁场的高度响应性。
在磁场中，等离子体会受到磁场力的作用，并发生循环运动。
二、等离子体物理学的基础理论等离子体物理学基于一系列基础理论来解释和研究等离子体的行为。
以下是几个主要的基础理论：1.碰撞理论：碰撞理论用来描述等离子体内部粒子之间的相互作用。
它探讨了离子和电子之间的碰撞频率、能量交换以及散射过程。
2.磁流体力学(MHD)理论：MHD理论研究等离子体在强磁场中的行为。
它结合了磁场和等离子体的运动方程，用于研究等离子体的磁流体力学行为，如等离子体在磁约束中的稳定性和不稳定性等。
3.等离子体波动理论：等离子体波动理论研究等离子体内的波动现象。
它探讨了等离子体波动的起源、传播和相互作用，包括电磁波、声波、阻尼波等。
三、等离子体物理学的应用领域1.聚变能研究：等离子体物理学在聚变能研究中扮演着关键角色。
人类一直在努力实现可控核聚变，并利用聚变反应器产生清洁、高效的能源。
2.等离子体制造：等离子体物理学在半导体制造和表面处理中起着重要作用。
等离子体喷涂和等离子体刻蚀等技术被广泛应用于化学、电子、材料等行业。
3.等离子体医学：等离子体物理学在医学领域也有应用。
等离子体物理基础
等离子体物理基础等离子体是一种以等离子体态的物质状态，它是由气体或固体在高温、高压或强辐照等条件下失去或获得电子而形成的，具有正离子和自由电子的等离子体。
等离子体物理研究的是等离子体的性质、行为和应用，并在诸多领域中有着广泛的应用。
一、等离子体形成的条件和特点1. 形成条件：等离子体形成有多种条件，如高温、高压和强电磁场等。
在高温条件下，物质分子能够克服束缚力，失去电子，形成带正电荷的离子和自由电子。
高压也能够促进电子的跃迁，使物质形成等离子体。
此外，强电磁场的作用也能够使等离子体形成。
2. 特点：等离子体具有电中性，但整体呈带电状态。
等离子体中自由电子的存在使得它具有导电性和磁场感应性。
另外，等离子体还具有高可压缩性和高扩散性，能够通过电场和磁场受力。
二、等离子体的分类根据温度和密度的不同，等离子体可以分为等离子普通态、等离子凝聚态和等离子极端态。
1. 等离子普通态：等离子普通态是指在常规条件下形成的等离子体。
它常见于自然界中的闪电和恒星等高温物质，以及工业和科研实验室中的等离子体设备，如等离子切割和等离子喷涂。
2. 等离子凝聚态：等离子凝聚态是指在较低温度和高密度条件下形成的等离子体。
其中包括电子气、等离子流体和凝聚态等离子体。
等离子凝聚态在材料科学、凝聚态物理和聚变能等领域有着广泛的应用。
3. 等离子极端态：等离子极端态是指在极端条件下形成的等离子体，如在极低温度、极高压力或强磁场条件下形成的等离子体。
这些条件下的等离子体在科学研究和天体物理学中具有重要作用。
三、等离子体物理的研究领域等离子体物理作为一门综合性的学科，涉及到许多领域和应用，如天体物理学、磁约束聚变、等离子体加热和等离子体诊断等。
以下是部分研究领域的介绍：1. 天体物理学：天体物理学研究宇宙中的等离子体，如恒星、星际等离子体，以及与宇宙射线和宇宙成分的相互作用。
这一领域的研究对于理解宇宙的起源和演化过程有着重要意义。
2. 磁约束聚变：磁约束聚变是一种利用等离子体自身的磁场来达到高温和高密度条件的核聚变技术。
等离子基本知识
等离子基本知识
一、 等离子切割原理
等离子体实际上是一种物质在外界作用下，而分解成正离子，负离子，电子的混合体，也可以说是物质的第四态。
等离子弧是高能密度的压缩电弧，本质是一种电弧。
等离子弧切割是以高温高速的等离子弧为热源，将被切割的金属局部熔化，并同时用高速气流将溶化的金属吹走形成狭窄的切口的一个过程。
高温、强电场条件下产生的等离子弧，经机械压缩、热压缩和磁压缩，使弧柱电流密集、生极高的温度和高速气流，高温、高速的等离子弧焰流使工件金属熔化，并被吹离基体形成割缝。
由于弧柱温度大大超过金属及其氧化物的熔点，因此，除切割碳钢外，等离产子弧还可用于切割不锈钢、铝、铜等金属。
二、等离子产生的电路
三、涡流原理
四、切割高度和切割角度问题
Positive Bevel Negative Bevel
Zero Bevel
Too Low Too High
五、切割两边质量问题
六、弧压检测。
等离子体物理基础知识总结
等离子体基础知识总结冷等离子体是等离子体一种近似模型。
它假定等离子体的温度为零，用来讨论热效应可以忽略的物理过程。
例如，等离子体中的波，当其相速度远大于平均热速度、同时回旋半径远小于垂直于外磁场方向的波长时，热效应不重要，便可用冷等离子体模型来讨论（这种波称为冷等离子体波）。
在实际处理中，冷等离子体模型也可用于高温等离子体。
在等离子体中同时存在三种力：热压力、静电力和磁场力。
它们对于等离子体粒子的扰动都起着弹性恢复力的作用。
因此等离子体不像一般的弹性体，波动现象非常丰富，存在着声波（热压力驱动）、纵波（静电力驱动）、横波（电磁力驱动）以及它们的混杂波。
热压力的存在会产生类似中性气体中声波的“离子声波”，静电力的存在会产生静电波，电磁力的存在会产生电磁波。
这些波又不是单独产生的，常常还同时产生形成混杂波。
等离子体中的波基本形式通常分为三类：静电波、电磁波和磁流体力学波。
群速度不能超过光速，因为群速度表示波所携带“信息”在空间的传播快慢。
而相速度可以超过光速，相速度是常相位总移动速度，不携带任何信息。
波群在色散系统中传播是，组成该波群的不同频率的单色波具有不同的相速，在传播过程中各单色波之间的相位关系将发生变化，从而导致信号的失真，这就是色散。
“色散”两字的本省意思实际上指信号的失真（或称畸变），它是由于组成波群的各单色波因频率不同因而相速不同引起的，所以把这种相速随频率改变的现象也叫做色散。
如果两列波具有相同的速率（相速度），则最终形成的波的包络也具有和原来两列波相同的速率（群速）：无色散如果两列波速率（相速度）略有不同，则最终形成的波的包络和原来两列波相同的速率（群速）不相同：存在色散波的偏振即是波的极化，是指空间固定点的波矢量E 的端点在2π/w 时间内的轨迹，对于电磁波是指电磁波中的电场矢量的端点轨迹如果等离子体中的电子与均匀的粒子本底有个位移，将会建立电场，它将把电子拉回到原来的位置。
由于惯性，电子将冲过平衡位置，并以特征频率围绕它们的平衡轴振荡。
等离子体物理基础
等离子体物理基础引言等离子体是一种由电子和离子组成的高度电离的气体态物质。
它在自然界中广泛存在，如太阳、闪电等，也可人工产生，如等离子体显示器、核聚变等。
本文将介绍等离子体的基本概念、性质和应用。
一、等离子体的基本概念等离子体是由气体在高温或高能量激发下电离而形成的。
在等离子体中，气体原子或分子中的电子被剥离，形成自由电子和正离子，从而使等离子体具有整体的电中性。
等离子体的电磁性质和输运性质与普通气体有很大的差异，因为等离子体中电子和离子的行为受到电磁场的影响。
二、等离子体的性质1. 电导性：等离子体具有良好的电导性，因为自由电子和正离子的存在使得电荷能够在等离子体中自由传导。
这也是等离子体广泛应用于电子器件和电磁场控制的原因之一。
2. 等离子体的辐射：等离子体在高能量激发下会释放能量并辐射出光线。
这种辐射现象被广泛应用于等离子体显示器、激光器等领域。
3. 等离子体的热力学性质：由于等离子体的高度电离特性，其热力学性质与普通气体有所不同。
等离子体的温度定义也与普通气体不同，常用电子温度和离子温度来描述等离子体的热力学状态。
三、等离子体的应用1. 等离子体显示器：等离子体显示器利用等离子体在电场作用下发射出的光来显示图像。
由于等离子体显示器具有高亮度和快速响应的特点，被广泛应用于电视、电子游戏等领域。
2. 核聚变：等离子体在高温和高压条件下能够实现核聚变反应，这是太阳和恒星等天体能源的来源。
人们通过研究等离子体物理，试图在地球上实现核聚变技术，以解决能源危机问题。
3. 等离子体医学应用：等离子体在医学领域也有广泛应用，如等离子体刀用于手术切割和止血，等离子体杀菌用于消毒和灭菌等。
结论等离子体物理是一个复杂而有趣的研究领域，涉及到物质的高度电离状态和与电磁场的相互作用。
等离子体在许多领域都有重要的应用，包括电子器件、能源研究和医学领域。
深入研究等离子体物理，对于推动科学技术的发展和解决实际问题具有重要意义。
第一章 等离子体物理基础
－准电中性条件：
1 pe
s vs / ps
vs kTs / ms
等离子体的基本性质
其他特征量 －朗道长度
L
－库仑碰撞
q q kT
1.6710
b0
3
Z Z T (K )
[cm]
b0 tan 2 b
q q m u 2
等离子体的基本性质
4ne e 2 d 2v e dE 2 v pe v dt2 me dt me
4ne e 2 2 pe me
等离子体的基本性质
等离子体振荡频率
4ne e 2 2 pe me
2 2 2 2 p pe pi pe
－考虑离子响应，则
4ns qs2 2 ps ms
粒子平均间距
d n1/ 3 D
等离子体的基本性质
等离子体振荡 －在德拜屏蔽推导中，我们假设由于扰动引起的等离子体 响应达到平衡或稳态，实际上电子具有惯性，不会在 恢复到电中性时就停下，而是继续运动，形成等离子 体内部电子的集体振荡。 －只有通过碰撞或其他耗散方式把能量转变为无轨热运动 能量，才能达到平衡或稳态。 dv eE E 4j 4ne ev dt me t
研究生课程
等离子体物理基础
二室 裴文兵 2005年
目录
第一章
• • •
绪论
等离子体的定义 等离子体存在条件
等离子体的基本性质
第一章 绪论
• • •
等离子体的定义 等离子体存在条件 等离子体的基本性质
等离子体的定义
•
•
什么是等离子体？ 电离气体 带电粒子对气体性质产生显著影响
等离子体物理学的基础理论
等离子体物理学的基础理论等离子体物理学是研究等离子体（plasma）的性质和行为的学科，它是物质的第四态，与固体、液体和气体不同。
等离子体是由带正电的离子和带负电的电子组成的，处于电磁场中被激发并具有自由电荷和磁场行为。
等离子体物理学的研究既有基础理论，也涉及实验和应用。
本文将重点探讨等离子体物理学的基础理论。
在等离子体物理学中，基础理论主要包括冷等离子体（cold plasma）理论和热等离子体（hot plasma）理论。
冷等离子体理论适用于低温和低密度的等离子体，而热等离子体理论适用于高温和高密度的等离子体。
在冷等离子体理论中，最基本的概念是等离子体的Debye长度和Debye屏蔽。
Debye长度是描述等离子体中电子和离子相互作用范围的物理量，而Debye屏蔽是指等离子体中电荷之间的相互作用被周围的电子和离子屏蔽的现象。
热等离子体理论中，最基本的概念是等离子体的等离子体频率和等离子体束缚频率。
等离子体频率是指等离子体中的电子在电磁场中振荡的频率，而束缚频率是指等离子体中的离子在电磁场中束缚和振荡的频率。
等离子体物理学的基础理论还包括等离子体的平衡状态和非平衡态的描述。
平衡态下，等离子体的性质可以由麦克斯韦方程组和波动方程来描述。
非平衡态下，等离子体存在非热粒子尾部，需要引入玻尔兹曼方程和输运方程来描述。
等离子体物理学的基础理论还涉及电磁波在等离子体中的传播和耗散。
等离子体中存在很多种类的电磁波，如电磁波、等离子体波和浸泡波等。
这些波的传播和耗散特性对等离子体的性质和行为有着重要影响。
除了上述基础理论外，等离子体物理学还涉及等离子体的稳定性和不稳定性的研究。
等离子体在不同条件下会出现各种各样的不稳定现象，如Rayleigh-Taylor不稳定、Kelvin-Helmholtz不稳定和本德不稳定等。
这些不稳定性的研究对于等离子体物理学及其应用具有重要意义。
综上所述，等离子体物理学的基础理论涵盖了冷等离子体和热等离子体的理论、等离子体的Debye长度和Debye屏蔽、等离子体的等离子体频率和束缚频率、等离子体的平衡态和非平衡态的描述、电磁波在等离子体中的传播和耗散、以及等离子体的稳定性和不稳定性。
等离子体物理
等离子体物理等离子体物理是研究等离子体性质及其在自然界和人工应用中的现象和行为的科学学科。
等离子体是相对于气体、液体和固体而言的第四种物态，是由自由电子和正离子组成的带电的气体。
等离子体在自然界中广泛存在，如太阳、恒星、闪电、极光等都是等离子体现象。
等离子体的物理特性使其在科学研究和技术应用中具有重要的地位。
本文将介绍等离子体的基本概念、性质和应用。
首先，让我们了解一下等离子体的基本概念。
等离子体是由电子和离子组成的带电气体，电子和离子是通过准粒子相互作用而形成的。
在等离子体中，电子和离子之间通过库仑力相互吸引，并以一定的能量进行碰撞。
由于电子的质量比离子小得多，所以电子在电场中的运动速度远远超过了离子。
这就导致了等离子体中的电荷分离现象，即正离子和负电子在电场的作用下分别向相反方向运动。
这种带电粒子的运动形成了等离子体的电流和电场，这也是等离子体与普通气体之间最本质的差别。
等离子体的性质在很大程度上受到温度和密度的影响。
由于等离子体的带电粒子具有较高的能量，因此等离子体通常具有较高的温度。
在太阳等热源中，温度甚至可达到数百万度。
此外，等离子体的密度也较普通气体大，几乎与固体相当。
这使得等离子体具有良好的导电性和较强的辐射性。
接下来，让我们来看看等离子体在自然界中的一些现象和行为。
太阳是一个巨大的等离子体球，太阳的核心处存在着高温高密度的等离子体，这是太阳能源的产生和释放的地方。
在太阳表面，可见到太阳耀斑和太阳风等等等离子体现象。
太阳耀斑是太阳表面的一种爆发现象，释放出巨大的能量，引起太空天气的变化。
太阳风是太阳大气层的一种喷流，由太阳等离子体和磁场共同产生。
这些现象的研究不仅有助于了解太阳的起源和演化，也对地球的气候和通信系统等产生重要影响。
除了太阳，地球的磁场也与等离子体有着密切的联系。
地球磁场中存在着范艾伊曼层，这是由太阳风与地球大气层的等离子体相互作用形成的。
范艾伊曼层对太阳风的入射和地球上空的无线电通信起到了屏蔽和反射的作用。
等离子体物理学的基础
等离子体物理学的基础在等离子体物理学（Plasma Physics）这一领域中，研究焦点主要集中在等离子体的性质、特性以及相关的基础理论。
等离子体物理学不仅对于理解自然界中存在的等离子体现象至关重要，同时也与许多实际应用相关，如聚变能研究、等离子体加热和等离子体技术等。
本文将介绍等离子体物理学的基础概念、研究方法和主要应用，以及其对其他领域的影响。
一、等离子体的定义和特性等离子体是物质的第四态，由自由电子和离子组成。
在等离子体中，电子从原子或分子中被剥离，形成带正电荷的离子以及带负电荷的自由电子。
由于带电粒子的存在，等离子体表现出与固体、液体和气体截然不同的特性。
例如，等离子体具有良好的导电性和磁性，容易受到外界电场和磁场的影响，同时也会发生等离子体浓度、温度和压力等特性的变化。
二、等离子体物理学的研究方法1. 实验方法：实验是等离子体物理学研究的重要方法之一。
科学家们通过利用等离子体物理学实验室中的装置，如等离子体放电装置、等离子体诊断装置等，可以对等离子体性质和行为进行详细观测和测量。
这些实验装置产生的等离子体可以模拟自然界中的等离子体现象，为理论模型的建立和验证提供了基础。
2. 数值模拟方法：数值模拟在等离子体物理学中起着至关重要的作用。
通过数值模拟方法，研究人员可以在计算机中构建等离子体的数学模型，并通过求解相应的物理方程来模拟等离子体的行为。
数值模拟方法可以帮助人们更深入地理解等离子体物理学中的复杂现象，并优化实验设计。
三、等离子体物理学的主要应用1. 聚变能研究：在聚变能研究中，等离子体物理学的重要性不言而喻。
聚变是通过将氢等离子体加热到足够高的温度和压强，使氢原子核融合形成重氢和氚等核反应所释放出的能量。
而等离子体物理学的研究可以揭示如何更有效地加热和控制等离子体，以实现稳定的聚变反应并释放出可观的能量。
2. 等离子体加热：等离子体加热是指向等离子体输送能量以加热和激发其中的粒子和离子的过程。
基础等离子体物理学
等离子体加速器（Plasma accelerator） 等离子体加工和低温等离子体 低温等离子体是指在实验室和等离子体工业加工设备中产生的等离子体，一 般通过气体放电或高温（指日常高温，即几千度到几万度）燃烧而产生，温度在 几个 eV 到几十 eV 范围，电离度很低，并且成分复杂。 按物理性质区分，大体开分成三类，即热等离子体，冷等离子体和燃烧等离 子体。热等离子体一般是强流电弧放电中产生的接近局部热平衡的等离子体；冷 等离子体则是低密度气体放电（辉光，微波，电晕），其密度远低于标准大气压 （10-3-10-6），是处于非平衡态的等离子体；燃烧等离子体主要是等离子体炬 (plasma torch)，燃烧火焰，等离子体发电等工业等离子体。为了增加电离度，常 常在其中添加碱金属。
基础等离子体物理学
第一章 基本概念
1.1 等离子体应用 1．1．1 等离子体的基本概念和定义 等离子体是和固体、液体、气体同一层次的一种物质存在形态。其最特出的
特征是：由大量的带电粒子（电子、各种电离态的离子）主导基本物理过程， 确定基本物理性质。也就是说，由带电粒子间的长程 Coulomb 力（而不是仅限 于分子尺寸范围的 Van der Waals 力）确定粒子间相互作用；由这些带电粒子的 集体相互作用形成的宏观电磁场和压强以及外加的电磁场确定系统整体的物理 特征。可以同时存在中性原子、分子或由更多分子集团组成的微粒（如尘埃微粒、 cluster、等）。
一般一种频率的激光电磁波对应于一定的等离子体密度称临界密度初始形成的等离子体的密度还比较低低于临界密度因此激光可以继续向等离子体内部传播同时其中大量的功率被等离子体的冕区吸收被吸收的热能会向内部冷区传导同时被消融的微丸壳层产生的等离子体大部分向外飞散其反冲力对余下的内部等离子体产生向心聚爆内爆达到非常高的密度比固体密度高1000倍以上和温度接近10kev从而达到劳森判据实现聚变燃烧
等离子体物理学的基本概念和应用
等离子体物理学的基本概念和应用等离子体物理学是研究等离子体物理性质及其在应用中的基础科学。
等离子体是由离子和自由电子组成的气体，它具有特殊的物理性质和广泛的应用价值。
本文介绍等离子体物理学的基本概念及其应用。
一、等离子体物理学的基本概念1. 等离子体的定义等离子体是具有带正、负电荷的离子和电子的气体，其中正、负电荷数目相等，通常也包括带电粒子的弱等离子体(如热电子、光子等)，主要依靠无线电离、电弧、放电、高温等因素来维持。
等离子体可以分为低温等离子体和高温等离子体两种。
2. 等离子体的基本性质等离子体是气体和固体之外的第四种状态的物质，它不具有固体的形态、液体的流动和气体的扩散性质，但具有电磁性质，能浓缩和粒子束传输等特殊性质。
3. 等离子体的物理过程等离子体在应用中通过物理过程来实现控制和利用。
这些过程包括等离子体生成过程、等离子体的输运过程、等离子体反应和诊断过程等。
4. 等离子体的应用等离子体应用广泛，包括材料加工和制造、生物医学、环保、电子学、空间科学和核聚变等领域。
二、等离子体物理学的应用1. 等离子体加工和制造等离子体已被广泛应用于材料加工和制造。
等离子体切割、刻蚀、成形等技术已经成为工业加工中的重要一环。
等离子体表面处理技术也被广泛应用于提高材料表面质量，提高材料的防腐性和附着性等。
2. 生物医学等离子体应用于生物医学领域。
例如，可以应用等离子体喷雾离子源 (ESI) 技术测量生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等。
另外，等离子体可以用于消毒、细胞和组织的杀菌和改善药物等方面。
3. 环保等离子体在环保领域也有广泛应用。
例如，等离子体技术可以用于废气的净化和无机物及有机物的处理，水处理，放射性物质的破坏等。
4. 电子学等离子体还在电子学领域得到了广泛应用。
等离子体技术可以应用于 OLED 等器件的制造、等离子体显示技术、等离子体喷墨印刷技术和等离子体光源等。
5. 空间科学和核聚变等离子体在空间科学和核聚变中也扮演了重要角色。
等离子体物理基础
等离子体物理基础引言等离子体是物质的一种状态，是在高温或高能条件下，分子或原子失去或获得电子而形成的电离气体。
等离子体物理是研究等离子体性质和行为的学科，它涉及到电磁场、粒子运动、电离和复杂的相互作用等多个方面。
本文将从等离子体的定义、性质、产生方式以及应用领域等方面进行介绍。
一、等离子体的定义和性质等离子体是由正、负电荷的离子和自由电子组成的气体，由于存在大量的电子和离子，其电磁性质与普通气体有很大不同。
等离子体具有高度的电导性，可以传导电流和产生磁场。
此外，等离子体还表现出诸如等离子体波、等离子体振荡等特殊的物理现象。
二、等离子体的产生方式1. 加热法：通常使用激光、高频电磁波或电子束等加热手段，将气体加热到高温状态，使分子或原子电离，产生等离子体。
2. 放电法：通过在气体中加入足够的能量，使气体分子或原子电离，从而形成等离子体。
常见的放电方式有电弧放电、辉光放电和电晕放电等。
3. 激波法：在气体中传播激波，当激波强度足够大时，可以将气体分子或原子电离，产生等离子体。
4. 激光离子化法：利用激光的高能量将气体分子或原子电离，形成等离子体。
三、等离子体的应用领域1. 等离子体显示技术：等离子体显示器（PDP）利用等离子体的发光特性，能够实现高亮度、高对比度和快速响应的显示效果，广泛应用于大尺寸显示器和电视等领域。
2. 核聚变研究：等离子体在核聚变领域有重要应用，核聚变是模拟太阳能源的一种方式，通过将氢等离子体加热到非常高的温度和压力，使氢核融合形成氦核，释放出巨大的能量。
3. 等离子体刻蚀技术：等离子体刻蚀技术是一种常用的微纳加工技术，通过利用等离子体的化学反应和物理打击作用，可以对材料表面进行高精度的刻蚀，用于制造集成电路和微电子器件等。
4. 等离子体医学应用：等离子体在医学领域也有一定的应用，例如等离子体刀技术可以用来治疗肿瘤、凝固组织等。
5. 太阳风和宇宙等离子体：等离子体存在于太阳风和宇宙空间中，对于了解宇宙的起源和演化具有重要意义。
等离子体刻蚀工艺的物理基础
等离子体刻蚀工艺的物理基础一、本文概述等离子体刻蚀工艺，作为一种先进的微纳加工技术，在半导体工业、纳米科学、生物医学以及众多其他高科技领域中发挥着日益重要的作用。
本文将深入探讨等离子体刻蚀工艺的物理基础，以期帮助读者更好地理解这一技术的核心原理和应用价值。
等离子体，作为物质的第四态，具有独特的物理和化学性质，如高活性、高电离度和良好的导电性等。
这些特性使得等离子体在刻蚀过程中具有优异的定向性和可控性，从而能够实现对材料表面的高精度、高效率的刻蚀加工。
本文将从等离子体的基本性质出发，介绍等离子体刻蚀的基本原理和过程，包括等离子体的产生、传输、与材料表面的相互作用等。
同时，我们还将讨论影响等离子体刻蚀效果的关键因素，如等离子体参数、气体种类、刻蚀环境等，并探讨如何优化这些参数以提高刻蚀质量。
本文还将对等离子体刻蚀在不同领域的应用进行概述，包括半导体集成电路制造、微纳器件加工、生物医学材料制备等。
通过对这些应用案例的分析，我们将进一步展示等离子体刻蚀工艺的重要性和潜力。
我们将对等离子体刻蚀工艺的未来发展趋势进行展望，探讨新技术、新材料和新工艺对这一领域的影响和推动，以期为读者提供一个全面、深入的等离子体刻蚀工艺物理基础的认识。
二、等离子体基础知识等离子体，通常被称为物质的第四态（除固态、液态和气态外），是一种高度电离的气体，其中包含大量的正离子和电子，且整体呈电中性。
等离子体的特性使其成为许多先进工艺，包括等离子体刻蚀工艺的重要工具。
等离子体的形成：等离子体可以通过多种方式形成，包括加热气体使其部分或完全电离，或通过施加电场或射频场来激发气体。
在刻蚀工艺中，通常使用射频放电或直流放电来产生等离子体。
电中性：尽管等离子体中包含大量的带电粒子，但由于正离子和电子的数量大致相等，所以整体呈电中性。
高导电性：由于含有大量的可动带电粒子，等离子体具有很高的导电性。
集体行为：等离子体中的粒子行为通常表现出集体性，即大量粒子的行为可以看作是一个整体。
等离子体物理现象
等离子体物理现象等离子体是一种高度激发的物质状态，具有丰富多样的物理现象。
在等离子体中，原子或分子通过吸收足够的能量而被电离，形成带正电荷的离子和自由电子。
这种带电粒子的存在导致了许多与电磁场和粒子碰撞相关的独特现象。
本文将介绍等离子体物理现象的几个重要方面。
一、等离子体的宏观性质等离子体具有导电性、等离子体屏蔽和等离子体体积效应等宏观性质。
首先，等离子体的导电性是其最基本的性质之一。
因为等离子体中带正电荷的离子和带负电荷的自由电子，它们可以在外电场的作用下运动，使得电流能够在等离子体中传播。
其次，等离子体屏蔽是指等离子体附近的电场受到等离子体内部带电粒子的屏蔽效应，从而降低了外部电场对等离子体的影响。
最后，等离子体的体积效应是指等离子体在外电场作用下，由于持续的电离和复合过程，导致等离子体的尺寸扩大。
这种效应在等离子体的能量传输和与外界形成耦合时起到重要作用。
二、等离子体的电磁现象等离子体中的带电粒子对电磁场具有响应能力，导致等离子体中发生一系列电磁现象，如等离子体振荡、等离子体激发和等离子体波动。
等离子体振荡是指等离子体中带电粒子受到外部电场的作用，产生类似振荡的运动。
这种振荡能够导致等离子体中的等离子体波动和辐射等现象。
等离子体激发是指在外电场的作用下，等离子体中的带电粒子从基态跃迁到激发态。
这种激发会产生辐射，如等离子体闪烁、辐射丧失等。
等离子体波动是指等离子体中的带电粒子在外电场的作用下，产生波动的运动。
这种波动导致了等离子体中的等离子体波、等离子体涡旋等现象。
三、等离子体的辐射等离子体通过辐射能量，包括受激辐射、自由辐射和辐射损失。
受激辐射是指等离子体中的带电粒子通过电磁波与其它粒子发生碰撞，产生能量跃迁，从而释放出谱线辐射。
自由辐射是指等离子体中的带电粒子在电磁波的作用下，自发地发出辐射能量。
辐射损失是指等离子体中的带电粒子通过辐射失去能量，并且导致等离子体的能量损耗。
总结：等离子体物理现象是一个复杂且多样的领域，其中涉及了等离子体的宏观性质、电磁现象以及辐射等方面。
等离子体知识点
等离子体知识点等离子体是指由高温、高能量激发下，电子脱离原子核，形成自由电子和离子的物质状态。
它是宇宙中最常见的物质状态之一，具有独特的物理性质和广泛的应用领域。
本文将介绍等离子体的基本概念、性质以及在科学、工业和医学等领域的应用。
一、等离子体的定义和特点等离子体起源于希腊语，意为“可塑性的”。
它是一种物理状态，介于气体和固体之间，是以电离的形式存在的气体。
当某种物质受到高能量的激发时，其中的电子会被剥离出来，形成自由电子和正离子，从而形成等离子体。
等离子体具有以下特点：1. 密度和温度高：等离子体的密度和温度通常比普通气体高，因为高能量激发会导致原子变得高度活跃，使原子之间的距离变得更近。
2. 电中性：尽管等离子体中存在正离子和负离子，但总体上是电中性的，因为正电荷和负电荷的数量相等。
3. 导电性好：等离子体中存在大量的自由电子，这使得它具有良好的导电性能。
等离子体能够传导电流，产生磁场，并对电磁波具有相应的相互作用。
4. 受外场控制：由于等离子体中存在带电粒子，它可以受到外界电磁场的操控，改变其行为和性质。
二、等离子体的主要来源和分类等离子体主要有两种来源：自然界和人工产生。
1. 自然界中的等离子体：太阳、恒星和类似天体中存在着丰富的等离子体。
太阳是最常见的自然等离子体，其高温下的核融合反应生成的高能量使太阳表面处于等离子体状态，形成了太阳风和太阳耀斑等现象。
2. 人工产生的等离子体：人类可以通过各种方式产生等离子体，如激光、电火花、放电等。
人工等离子体的应用广泛，如等离子体刻蚀、等离子体喷涂等。
根据等离子体的性质和特点，它可以分为等离子体态、冷等离子体、热等离子体、高密度等离子体、低密度等离子体等不同类型。
每种类型的等离子体在不同的领域有着独特的应用价值。
三、等离子体在科学研究中的应用等离子体在科学研究中应用广泛，特别是在物理学、天文学和地球科学等领域。
1. 等离子体物理学研究：物理学家通过对等离子体的研究，可以深入了解宇宙的起源、恒星的演化以及太阳系行星的形成过程。
等离子体物理的基本理论
等离子体物理的基本理论等离子体是一种电离态的气体，在自然界和实验室中广泛存在。
它具有独特的性质和行为，是研究和应用领域中重要的一部分。
在等离子体物理学中，存在着一些基本理论，用于描述和解释等离子体的特性和行为。
本文将介绍等离子体物理学的基本理论。
1. 电离和等离子体形成等离子体的形成是通过电离过程实现的。
当一个原子或分子中的电子被剥夺，形成正离子时，原子或分子就变得带正电荷，成为等离子体的一部分。
电离可以通过各种方式实现，如热电离、电子冲击电离和光电离等。
2. 等离子体参数等离子体的行为和特性可以用一些参数来描述。
其中，等离子体密度是指等离子体中带电粒子数目的密度，通常用带电粒子数目或者电离度表示。
等离子体温度是指带电粒子的热运动，通常用电离度和电子温度表示。
除此之外，等离子体还具有等离子体频率、等离子体流体力学等参数。
3. 等离子体中的电磁波等离子体中的带电粒子对电磁波的相互作用具有重要影响。
在低频情况下，带电粒子可以对电磁波起到扩散的作用，而在高频情况下，带电粒子可以对电磁波起到吸收的作用。
根据等离子体中的电磁波和粒子相互作用的特性，可以得出等离子体中的电磁波传播和吸收的基本理论。
4. 等离子体与封闭磁场等离子体在封闭磁场中的行为表现出了一些特殊性质。
当等离子体获得足够的速度时，它们会沿着磁力线运动，形成磁约束等离子体。
磁约束等离子体具有自稳定性，并且能够在磁力线上保持相对稳定的形状。
等离子体在封闭磁场中的行为被广泛应用于聚变等研究领域。
总结：等离子体物理学的基本理论涉及到电离和等离子体形成、等离子体参数、等离子体中的电磁波以及等离子体与封闭磁场的相互作用。
这些理论为我们深入理解和探索等离子体的特性和行为提供了基础。
同时，这些理论也为等离子体技术和应用的发展提供了指导和支持。
注：以上内容为文章正文，共计258字，不包括标题和其他额外信息。
等离子体物理的基础概念
等离子体物理的基础概念等离子体是一种物态，它是由气体、液体和固体这三种基本物态中的某个状态转变而来的。
等离子体是自然界最普遍存在的物质之一，不仅分布于星际空间和宇宙暴发中，而且还在地球近地空间和实验室中开展研究。
等离子体物理学是研究等离子体的基本特性、结构和行为的一个科学领域。
它的研究内容包括等离子体的基本概念、形成和演化机制、稳定性和不稳定性等。
一、等离子体的基本概念等离子体是一种由带有正电荷的离子和自由电子构成的高度电离的气体。
它的特点是电中性被打破，自由电子和离子之间的相互作用显著增强。
等离子体中，电子和离子密度相等，宏观上表现为气体流动、发光或辐射现象。
二、等离子体的形成和演化机制等离子体的形成和演化机制涉及到各种物理力学过程，具有极高的复杂性。
等离子体的形成方式主要有两种，一种是通过加热固体、液体或气体来打破分子之间的化学键，使它们电离成等离子体；另一种是通过电离或激发气体分子来形成等离子体。
等离子体的演化过程包括几个重要的阶段。
当等离子体产生时，由于电子和离子之间的相互作用，等离子体温度比周围气体高得多。
在加热等离子体时，其平均热速度会越来越高，离子加速度也会增强，这将导致等离子体的扩散和弛豫过程。
三、等离子体的稳定性和不稳定性在固体、液体和气体中，只有能量较低的基态是稳定的，而等离子体具有多种稳定结构。
等离子体的稳定性与外部物理过程的影响密切相关。
例如，电离、辐射或加热等作用都会影响等离子体的稳定性。
同时，等离子体还存在一些不稳定的现象，如等离子体波动、不稳定态和湍流等。
这些现象对于等离子体的形成和演化过程起着至关重要的作用。
当等离子体出现不稳定现象时，它们可能发生爆炸或重新组合成不同的物质状态。
总结等离子体物理学作为一门独立的科学领域，已经发展成为一个包含广泛知识和技能的学科。
它的研究对象是由电子和离子构成的等离子体，这种物理状态在自然和实验室中广泛存在。
等离子体物理学所涉及的内容包括等离子体的基本概念、形成和演化机制、稳定性和不稳定性等。
等离子知识点总结
等离子知识点总结【等离子体的基本性质】等离子体的基本性质是其电离气体状态。
在这种状态下，气体分子中的一个或多个电子被剥离而形成自由电子和正离子。
这些自由的带电粒子在外加电场的作用下可以运动，并且由于它们的电荷性质，它们之间也存在着相互作用。
由于这些特性，等离子体具有一些独特的性质，例如对电磁场的响应、较高的热导率和电导率、等离子体波动等。
另外，由于等离子体中存在着大量的自由电子，它还表现出了很强的反射和吸收电磁辐射的能力。
这一性质被广泛应用在等离子屏幕、等离子反应器和激光的设计中。
【等离子体的形成机制】等离子体的形成机制可以分为自然形成和人工形成两种方式。
自然形成的等离子体主要存在于太阳、恒星、行星大气层中。
在太阳内部，由于高温和高压条件下，氢原子的核融合反应不断进行，产生大量的高能粒子。
这些粒子与太阳表面的气体分子碰撞时，会将其电离产生大量的等离子体。
这些等离子体在太阳内部的高温和高压条件下会形成太阳的辐射层和日冕层。
人工形成的等离子体主要通过等离子体物理和化学方法产生。
在等离子体物理方法中，常用的方式是通过高能粒子的轰击使气体电离；在等离子体化学方法中，通常是利用化学反应来产生等离子体。
这些方法在聚变能、等离子体材料加工等领域都有广泛的应用。
【等离子体的应用领域】等离子体在聚变能、材料加工、电子工业、航空航天等多个领域都有重要应用。
在聚变能领域，等离子体是核聚变反应的重要组成部分。
在这种反应中，两个轻核聚变成一个重核，放出大量能量。
等离子体是使得聚变反应进行的唯一状态，通过对等离子体的控制，可以实现可持续的清洁能源。
在材料加工领域，等离子体可以被用来进行表面改性、薄膜沉积和材料表面清洁等工艺。
这些方法可以大大提高材料的性能和使用寿命。
在电子工业中，等离子体的应用也非常广泛。
例如等离子体显示技术、等离子体电火花打印技术等。
在航空航天领域，等离子体可以被用来设计新型飞行器和发动机。
【等离子体的研究进展】近年来，随着纳米技术、生物医学和量子技术的发展，等离子体领域也取得了一系列的研究进展。
等离子体物理学的基本原理与应用
等离子体物理学的基本原理与应用等离子体是一种被高温或强电场激发后，电子与原子、分子相分离并自由运动的状态。
等离子体物理学研究了等离子体的基本特性、行为和应用。
本文将介绍等离子体物理学的基本原理以及它在不同领域的应用。
一、等离子体的基本原理等离子体由正、负电荷的电子和离化的原子、分子组成。
当物质被加热至足够高温或通过强电场作用下，原子、分子中的电子会被激发，脱离束缚成为自由电子。
这些自由电子与带正电的离子共同组成了等离子体。
等离子体的性质与固体、液体和气体有很大不同。
它能够传播电磁波、产生磁场，具有高度的电导率和热传导率。
等离子体还具有强烈的相互作用，相空间将不再具有区分原子与分子的性质。
二、等离子体物理学的研究范畴1. 等离子体的动力学和热力学性质研究：研究等离子体的流体性质、粘滞性、扩散和输运性质等，以及等离子体中的波和不稳定性。
2. 等离子体诊断技术：研究如何通过测量等离子体的辐射、电子密度和温度以及磁场等参数来了解等离子体的特性。
3. 等离子体数值模拟：通过计算机模拟等离子体的行为和性质，进一步理解和预测等离子体的物理过程。
4. 等离子体与表面相互作用：研究等离子体在与表面相互作用的过程中，产生的等离子体束对表面的效应，探索等离子体在材料加工和表面改性中的应用。
三、等离子体物理学的应用1. 等离子体在核聚变中的应用：等离子体物理学是核聚变研究的基础。
等离子体束的控制和稳定是实现核聚变反应的关键，研究等离子体物理学有助于解决核融合技术中的一系列问题。
2. 等离子体在激光聚变中的应用：激光聚变是一种利用高功率激光束对等离子体进行加热和压缩，从而产生高能量输出的技术。
等离子体物理学为激光聚变提供了理论基础。
3. 等离子体在光电子学中的应用：等离子体可以作为粒子加速器、热核反应堆和高功率激光器的媒介。
它在光电子学领域中有多种应用，如等离子体放电管、等离子体显示器等。
4. 等离子体在材料科学中的应用：等离子体束加工、等离子体刻蚀和等离子体沉积等技术在材料科学中有广泛的应用，可用于改变材料表面的物理、化学和光学性质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
等离子体基础知识总结冷等离子体是等离子体一种近似模型。
它假定等离子体的温度为零，用来讨论热效应可以忽略的物理过程。
例如，等离子体中的波，当其相速度远大于平均热速度、同时回旋半径远小于垂直于外磁场方向的波长时，热效应不重要，便可用冷等离子体模型来讨论（这种波称为冷等离子体波）。
在实际处理中，冷等离子体模型也可用于高温等离子体。
在等离子体中同时存在三种力：热压力、静电力和磁场力。
它们对于等离子体粒子的扰动都起着弹性恢复力的作用。
因此等离子体不像一般的弹性体，波动现象非常丰富，存在着声波（热压力驱动）、纵波（静电力驱动）、横波（电磁力驱动）以及它们的混杂波。
热压力的存在会产生类似中性气体中声波的“离子声波”，静电力的存在会产生静电波，电磁力的存在会产生电磁波。
这些波又不是单独产生的，常常还同时产生形成混杂波。
等离子体中的波基本形式通常分为三类：静电波、电磁波和磁流体力学波。
群速度不能超过光速，因为群速度表示波所携带“信息”在空间的传播快慢。
而相速度可以超过光速，相速度是常相位总移动速度，不携带任何信息。
波群在色散系统中传播是，组成该波群的不同频率的单色波具有不同的相速，在传播过程中各单色波之间的相位关系将发生变化，从而导致信号的失真，这就是色散。
“色散”两字的本省意思实际上指信号的失真（或称畸变），它是由于组成波群的各单色波因频率不同因而相速不同引起的，所以把这种相速随频率改变的现象也叫做色散。
如果两列波具有相同的速率（相速度），则最终形成的波的包络也具有和原来两列波相同的速率（群速）：无色散如果两列波速率（相速度）略有不同，则最终形成的波的包络和原来两列波相同的速率（群速）不相同：存在色散波的偏振即是波的极化，是指空间固定点的波矢量E 的端点在2π/w 时间内的轨迹，对于电磁波是指电磁波中的电场矢量的端点轨迹如果等离子体中的电子与均匀的粒子本底有个位移，将会建立电场，它将把电子拉回到原来的位置。
由于惯性，电子将冲过平衡位置，并以特征频率围绕它们的平衡轴振荡。
这个特征频率被认为是等离子体频率(plasma frequency)。
非磁化等离子体中的静电波 假定：（1）不存在磁场；B=0；（2）不存在热运动（kT=0）；（3）离子以均匀分布固定在空间中；（4）等离子体的大小为无限大。
（5）电子只在x 方向运动。
因此，不存在涨落磁场，这是一种静电振荡。
得到等离子体的振荡频率是 该频率称之为电子静电振荡或者朗缪尔振荡。
这个频率取决于等离子体的密度，它是等离子体的基本参量之一。
因为m 很小，等离子体频率通常是很高的。
上式告诉我们，发生等离子体振荡时，必定有一个只取决于n 的频率。
尤其，ω与k 无关，所以，群速度d ω/dk 为零。
2/1020⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=e pe m e n εω注意以下几点：在某种程度上，这种振荡很难被认为是一种“正常”的波，因为它不传播能量或信息（在冷等离子体极限的条件下）。
朗谬尔波：存在热运动（KT>0） 热运动能引起等离子体振荡传播的效应。
以热速度流入等离子体临近层的电子，将携带出现在振荡区域的信息。
于是，这种等离子体振荡可以正当地称作等离子体波－也称为空间电荷波。
需要加上状态方程：利用绝热条件 假定碰撞频率远小于扰动频率，则在波的传播方向上可以看成是一维问题γ=3 朗缪尔波的色散关系 1、在长波近似条件下说明群速度远小于电子的热速度。
2、当波的频率增加到电子振荡频率的2倍时候，即：非长波近似，进入短波区域 波的相速度与电子的热速度很相近，结果，波与粒子发生强烈的相互作用，这时，流体理论已经不能处理这类问题，需要等离子体动力学来处理,短波朗缪尔波是强阻尼的。
3、一般情况频率与k 有关，群速度是有限的。
在大的k 值（小入值）时，信息近似以热速度传播。
在小的k 值（大入值）时，尽管Vp 大于Vth ，信息以远慢于Vth 的速度传播。
这是因为在大入时密度梯度小，热运动几乎不携带净动量 const n p e e =-γ()2N N γ=+22223 2p th k v ωω=+……（4.4.4）22e th KT v m ≡12200 p n e m ωε⎛⎫= ⎪⎝⎭……（4.3.14）1<<>>D th k kλυω或者、2/122)31(D pe k λωω+±=当 时候， 朗缪尔波才能传播，群速为： pe ωω>th D g k dk d υλωυ)(23==有： 22thk νω≈朗缪尔波的传播频率宽度： pe ωω≈∆k p ωυ=相速度： dkd g ωυ=群速度： 223th g k dk d υωωυ==进入到邻近层中。
离子声波前面在讨论朗缪尔波（电子波），认为离子的质量无穷大，离子是不移动的，这样所获得的是不包括离子效应的高频波（电子波）。
实际上离子的质量是有限的，所以，离子对等离子体中的波必然有贡献。
由于离子移动比较慢，因此离子将对等离子体中的低频波产生影响。
离子与高频波之间几乎没有什么作用。
因此，我们这一节主要考虑低频波。
由于电子的质量很小，无论是高频或者是低频都会影响到它的运动。
因此在描述低频波的时候，方程中必须包含离子和电子项。
等离子体中的低频波就是声波。
在中性气体中的声振荡以热动压力为恢复力，声速与粒子热运动速度同数量级。
无碰撞时，普通声波不会发生。
然而由于离子的电荷仍然能够相互传播振动；声波能够经电场的媒介而发生。
然而气体温度趋于零时，声波不存在；而等离子体离子温度为零时，离子声波仍然存在。
考虑到对于低频波，电子的压缩过程是等温的，取γ＝1，这时离子声速为中性气体中声波速度然而气体温度趋于零时，声波不存在；而等离子体离子温度为零时，考虑到对于低频波，电子的压缩过程是等温的，取γ＝1，这时离子声速为事实上，驱动离子声波由两种力：离子的热压力和电荷分离的静电力。
当等离子体离子受到低频扰动而形成稠密和稀疏的区域时，一方面由于离子的热运动使离子扩散，这对应于Vs 式的第二项，这一项与中性气体驱动力是类似的。
另一方面，离子的过剩区域产生电场，这个电场受到周围电子的屏蔽，然而这个屏蔽效应是不完全的，还有量级为Te/e 的电势泄漏出来，这对应于第一项。
这个电场作用在离子上使离子由稠密区向稀疏区运动。
离子静电波离子静电波的一般色散关系。
一般的试验条件下，德拜长度非常小，所以对于波长远大于德拜长度的低频波，等离子体近似是正确的 朗缪尔波或者电子静电波的色散关系 离子声波的色散关系 ie e i i i s m T m T γγυ+=定义离子的声速：在推导上面色散关系上时，我们作了近似处理: (:;111有限却允许E n n e i ≈222s k υω=2/1⎪⎭⎫ ⎝⎛=M KT C s γM T e s =υ可见等离子体近似11e i n n ≈222)/2(λπλλD D k =引起了 量级的误差 222223the pe k υωω+=e e the m T 22=υ22222thi i pi k υγωω+=ii thi m T 22=υ朗缪尔波基本上是恒频的. 存在大的k值时变成恒速的离子声波基本上是恒速的. 存在大的k值时变成恒频的4、什么条件下可以把带电粒子在磁场中的轨道运动分成回旋运动和导心运动？环形磁约束装置中为什么要用螺旋磁场位形？答：带电粒子在给定的电磁场中的运动，不考虑带电粒子运动对场的反作用以及带电粒子间的相互作用（即单粒子轨道运动）条件下可以分成回旋运动和导心运动简单的环形磁场不能有效的约束带电粒子，因为其磁力线是一个简单的圆环，带电粒子沿磁力线运动时漂移的方向处处相同，最终粒子都离开中心区域而跑到管壁了。
如果把简单圆环磁场改成非圆环磁场，在原来的沿大环方向的圆环磁场B上叠加一个沿小环方向的磁场0B,它们合成的磁场就是一个闭合的非圆环形磁场。
带电粒子沿磁力线运动时，相对于螺线管中心轴而言，它的位置和方位都在不断改变。
这样，粒子在磁力线上的不同位置，相对于中心轴而言，其漂移方向不一样，有时背向中心而去，有时又趋向中心轴。
在垂直中心轴的某一截面来看，粒子只是在中心附近运动，而不是定向漂向管壁。
在环形系统中，磁力线沿大环延伸又绕小环中心轴转动，并且在转一周不闭合的性质叫磁力线的旋转变换1、什么是等离子体？它和气体与固体有什么相同和不同之处？答：等离子体是由非缚束的带电粒子组成的多粒子体系。
等离子是和固体液体气体同一层次的物质存在形式，它是由大量带电粒子组成的有宏观空间尺度和时间尺度的体系。
相同之处:1.都是同一层次的物质存在形式。
2.都是由大量的粒子组成。
不同之处：固体气体为中性粒子，固体中的粒子大部分是缚束粒子不能自由运动（导体中的自由电子例外），气体中的粒子可以自由运动但是为中性，而等离子体中粒子为非缚束的带电粒子。
5、在托卡马克等离子体中粒子轨道分为那两大类？给出他们的原因。
答：在托卡马克等离子体中粒子轨道可以分为飞行轨道和香蕉轨道两大类。
在托卡马克型磁场位形中，由于磁力线的转动变换，对于一条磁力线，有的部分处在大环的外侧，有的部分处在大环的内侧，所以磁力线所经过的区域，有的地方磁场强，而有的地方磁场弱，因此在某种程度上，存在着磁镜场结构，磁场的这一特点使得粒子轨道分为飞行轨道和香蕉轨道两大类。
飞行轨道形成的成因：粒子的平行速度很大，能够通过磁镜的强磁场区而不被反射回来。
香蕉轨道形成的成因：粒子的平行速度不够大，不能够通过磁镜的强磁场区，只能沿磁力线在两个强磁场区域构成的局部磁镜间来回运动，其引导中心轨道在截面上的投影呈现香蕉形。
8、在均匀等离子体中平行于磁场方向上，有哪些本征电磁波？给出他们各自的磁场方向、传播方向及扰动电场方向的示意图，并画出他们的色散关系图（频率-波矢图）。
答：左旋圆偏振波、右旋圆偏振波（低频分支为电子回旋波）和哨音波。
详见P286-291页。
9、为什么要在托卡马克等离子体中注入射频波（起什么作用）？主要的射频波有那三类？给出他们的频率范围。
答：在等离子体中注入射频波的作用是给等离子体加热和驱动等离子体电流，此外还可以驱动等离子体转动。
主要的射频波有离子回旋波、低混杂波和电子回旋波。
其频率范围如下：电子回旋波ECRH 100-200GHz 主要给电子加热低混杂波LH 1-8GHz 同时对电子和离子加热离子回旋波ICRH 30-120MHz 主要对离子加速 10、碰撞指的是粒子间怎样的相互作用？什么是弹性碰撞和非弹性碰撞？它们会引起什么样的等离子体现象？答：在等离子体中，带电粒子的碰撞是指粒子间的短程库仑力作用引起粒子的运动状态的改变。
弹性碰撞在碰撞后不改变粒子的种类和内部能量状态，粒子体系的动量和能量守恒，碰撞改变量只是相碰粒子各自的动量和能量。