等离子体技术

等离子体技术及其应用

姓名：曲越

学号：14121452

班级：电研1403班

北京交通大学

2014年11月

北京交通大学目录

目录

1引言 (1)

2等离子体相关理论及技术 (2)

2.1等离子体的运动与碰撞 (2)

2.2等离子体的电离 (2)

2.2.1汤生放电 (3)

2.2.2电晕放电 (3)

2.3等离子体的参数 (3)

2.4等离子体的产生与测量 (4)

2.4.1直流放电 (4)

2.4.2等离子体的测量 (5)

3等离子体的应用技术 (6)

3.1电晕放电脱硫技术 (6)

3.1.1电晕放电在净化粉尘与飘尘的应用 (6)

3.1.2电晕放电等离子体在气体脱硫中的应用 (7)

4结论 (9)

参考文献 (10)

北京交通大学引言

1引言

等离子体，一门比较新型的学科，区别于传统的理论基础，等离子体研究的方向与应用在传统的角度来看会显得不可思议，而且。等离子体这门学科，打破了本人对传统观念的一些看法，比如众所周知，物体分为固体、液体、气体；而在本门学科里，我们认识了一种新的状态，及物质的第四态—等离子态，这种物质的状态在宇宙中处处存在，由于宇宙中恒星的照射或者爆炸产生大量的热，相互碰撞就能使气体分子产生电离，就能变成自由移动并相互作用的正离子和电子组成的混合物，而这就是等离子体，其严格定义就是：等离子体是由电子、阳离子和中性粒子组成的整体上呈电中性的物质集合。宇宙中存在大量的等离子体研究等离子体，对我们探索宇宙有重要的意义。

等离子体是广泛存在与自然界的一种电中性的电离气体，具有密度近似相等的自由电子和正离子[1]，内部共存的电子与分子，相互之间的碰撞释放大量的能量，使得等离子体有许多独特的化学、物理性质，比如温度高、动能大等，本文将会从微观与宏观两个角度来分析等离子体的碰撞问题，并解释等离子体的产生与测量，全面了解等离子体的特性。

等离子体由于其特殊的内部结构，广泛应用于不同领域，而且变得越来越重要，小到日常的荧光灯、霓虹灯，大到宇宙领域的大气电晕放电，等离子体与人类的关系变得息息相关，本文，从等离子体的电离性质，对脱硫技术做详细介绍。

2等离子体相关理论及技术

通常，等离子体存在于电子、正离子和中性粒子，根据电离程度的不同可以分为强电离等离子体与弱电离等离子体；而等离子体放电是在接近大气压的高气压条件下进行，那么电子、离子、中性粒子会通过激烈的碰撞打到热平衡状态，这些近似相等的热平衡等离子体成为热等离子体，而在数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态，这种等离子体被成为等离子体，低温等离子体在工业中应用的最为广泛，后续我们会对其做详细的介绍。

2.1等离子体的运动与碰撞

如果想了解等离子体的运动与碰撞问题，我们不得不说粒子的平均自由行程。首先用数学语言描述了气体的分子运动与热能的关系，凸显这一关系的方程是：Ρ=nΚΤ，由上式可知，当分子数为Ν，速度由ν变为ν+dν，则分子数变为dΝ=Ν∙f(ν) dν,式中f(ν)的大小与气体的温度有关。而碰撞的描述，主要是平均自由行程的引入，在1857年提出了气体分子平均自由行程的概念，为气体的分子模型和分子运动奠定了基础[2]，平均自由行程的定义是指两次碰撞之间一个粒子所走的距离。假设粒子的速度为ν，则构建一个模拟图如图2-1所示：

γ

在此处键入公式。

dl

图2-1 碰撞模型

假设面积为S=ν∙λ，即

{4πγ2.n dl=νdt

dl=S.dt →λ=1

4πγ2n

由上式可知，平均自由行程与粒子的数量和运行速度等参数有关。举个例子，分子的空间相当于一个教室，而电子相当于教室里的一个篮球，分子间的平均自由行程小于电子的平均自由行程，因而分子的有效碰撞多于电子的有效碰撞。

2.2等离子体的电离

粒子发生碰撞时，动能和内能都会发生变化。首先是粒子的内能，当原子受到

外来电子的碰撞时，原子核会获得一定的动量，导致电子的运动轨迹离核越来越远，而有可能成为自由电子。稳定的电子处于基态，当电子受到碰撞时，会从基态跃迁到激发态，而激发态是不稳定的，电子会以光和热的形式将能量释放掉，最终回到基态。

2.2.1汤生放电

等离子体的电离分为光电离、热电离、碰撞电离、电极表面的电离；在上述电离中，不是说中性粒子直接能电离，电极两端加极高的电压，产生了自由移动的电子，但是由于电子的电子付着与再结合的特性。使得电离的电子产生并消失。而汤生放电就很好的解释了电离的机理。

1.电离系数 α作用

电子从单个电子发生碰撞电离到电子数目像雪崩一样不断增加的过程，其增加的公式为Ι=Ι0∙eαx，电离系数越高，电子增长越快。

2.β作用

离子与气体分子碰撞所产生的电离

3.γ作用

离子或光子在高能状态下轰击物体表面时，表面会发射电子，即二次电子发射。我们把阴极发射的二次电子数与入射到阴极的离子数之比定义为二次电子发射系数，即γ作用。仅由电子的α作用来产初始电子，电流经过一个脉冲就会终止，但如果同时再加上离子的γ作用，则会不断地从阴极补充种子电子而使放电自然而持续下去。

而我们所知的汤生放电电流是微安级、辉光放电是毫安级、电弧放电是安培级的。

2.2.2电晕放电

汤生放电是在平行平板电极间施加均匀电场为前提的，而在不均匀电场，在电场局部强电场处容易发生电离，并能观察到等离子体的局部发光现象。这时，绝缘击穿后的电流很微弱，会有持续、不稳定的短脉冲电流流过。这种放电现象被称为电晕放电。

2.3等离子体的参数