氣體放電中等離子體研究教師：

2009.03教學內容1.等離子體物理學科發展史和主要研究領域2.認識等離子體3.等離子體診斷5.注意事項4.實驗軟件介紹和演示等離子體物理學科發展簡史19世紀30年代起放電管中電離氣體，現象認識建立等離子體物理基本理論框架20世紀50年代起受控熱核聚變空間技術等離子體物理成為獨立的分支學科20世紀80年代起氣體放電和電弧技術發展應用低溫等離子體物理發展等離子體物理主要研究領域低溫應用等離子體冷等離子體熱等離子體聚變等離子體磁約束聚變慣性約束聚變空間和天體等離子體空間等離子體形態空間天體等離子體北極光空間天體等離子體星系：巨大的聚變反應堆

空間天體等離子體空間天體等離子體恒星：等離子體球宇宙中90％物質處于等離子體態人類的生存伴隨著水，水存在的環境是地球文明得以進化、發展的的熱力學環境，這種環境遠離等離子體物態普遍存在的狀態。因而，天然等離子體就只能存在于遠離人群的地方，以閃電、極光的形式為人們所敬畏、所贊嘆。由地球表面向外，等離子體是幾乎所有可見物質的存在形式，大氣外側的電離層、日地空間的太陽風、太陽日冕、太陽內部、星際空間、星云及星團，毫無例外的都是等離子體。認識等離子體地球上，人造的等離子體也越來越多地出現在我們的周圍。日常生活中：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發生器典型的工業應用：等離子體刻蝕、鍍膜、表面改性、噴涂、燒結、冶煉、加熱、有害物處理高技術應用：托卡馬克、慣性約束聚變、氫彈、高功率微波器件、離子源、強流束、飛行器鞘套與尾跡宇宙中90％物質處于等離子體態認識等離子體密度(cm-3)溫度(度)太陽核心

磁約束聚變霓虹燈北極光火焰閃電日冕

氫彈星際空間熒光氣體

液體

固體

人類居住環境慣性聚變星云太陽風等離子體參數空間認識等離子體等離子體概念由大量的帶電粒子組成的非束縛態的宏觀體系非束縛性：異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是帶正負電荷的粒子（電子、離子），而不是其結合體。粒子與電磁場的不可分割性：等離子體中粒子的運動與電磁場的運動緊密耦合，不可分割。集體效應起主導作用認識等離子體等離子體分類冷等離子體熱等離子體電弧、碘鎢燈極光、日光燈電子溫度100000C1eV聚變、太陽核心高溫

等離子體低溫

等離子體認識等離子體等離子體是物質第四態固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C認識等離子體電離氣體是一種常見的等離子體放電是使氣體轉變成等離子體的一種常見形式

等離子體電離氣體普通氣體等離子體放電需要有足夠的電離度的電離氣體才具有等離子體性質。也就是說要充分電離認識等離子體等離子體特性①高度電離，是電和熱的良導體，具有比普通氣體大幾百倍的比熱容。②帶正電的和帶負電的粒子密度幾乎相等。③宏觀上是電中性的。認識等離子體等離子體的主要參量①電子溫度T②帶電粒子密度③軸向電場強度EL。④電子平均動能；⑤空間電位分布。

在等離子體中引入電場，經過一定的時間……..德拜(Debye)屏蔽＋－等離子體診斷＋

在等離子體中引入電場，經過一定的時間，等離子體中的電子、離子將移動，屏蔽探針電場——德拜屏蔽德拜(Debye)屏蔽－屏蔽層厚度：德拜長度lD等離子體診斷＋在等離子體內部，正、負電荷數幾乎相等——準中性

neni

準中性－等離子體診斷等離子體診斷等離子體診斷－單探針法單探針法

探針是封入等離子體中的一個小的金屬電極（其形狀可以是平板形、圓柱形、球形），其接法如圖所示。以放電管的陰極作為參考點，改變探針電位，測出相應的探針電流，便可得到探針電流與其電位之間的關系，即探針伏安特性曲線。

等離子體診斷等離子體診斷－單探針法單探針伏安特性曲線等離子體診斷等離子體診斷－單探針法探針電子電流的對數特性注意事項注意事項

放電單元輸出的是高壓，應使所有的實驗線路接好后再接通放電單元，一旦放電單元接通后，就不允許再用手去碰任何電極，以免觸電。

高壓觸發時間不要太長，一般可在數秒內，但可以重復多次，直至放電管啟輝放電。

放電管在放電前，要把“顯示開關”置于“電流顯示”擋，然后才能進行