1、等离子体物理及应用领域中国科学技术大学近代物理系刘万东P2 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大主要内容 等离子体物理及学科等离子体概念和基本性质等离子体物理学科发展史及研究领域 等离子体主要应用领域低温等离子体应用 冷等离子体应用 热等离子体应用军事与高技术应用聚变等离子体 磁约束聚变惯性约束聚变空间与天体等离子体P3 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大主要内容 等离子体物理及学科等离子体概念和基本性质等离子体物理学科发展史及研究领域 等离子体主要应用领域低温等离子体应用 冷等离子体应用 热等离子体应用军事与高技术应用
2、聚变等离子体 磁约束聚变惯性约束聚变空间与天体等离子体P4 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大什么是等离子体？n 由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系 非束缚性： 异类带电粒子之间相互 “自由 ”，等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。 粒子与电磁场的不可分割性： 等离子体中粒子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。 集体效应起主导作用： 等离子体中相互作用的电磁力是长程的。P5 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大等离子体是物质第四态固体冰液体水气体水汽等离
3、子体电离气体温度00C 1000C 100000CP6 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大电离气体是一种常见的等离子体放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式等离子体 电离气体普通气体普通气体 等离子体等离子体放电放电需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体性质。“电性 ”比 “中性 ”更重要 ( 电离度 10-4 )P7 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大n 地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中： 日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器 典型的工业应用： 等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、
4、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用： 托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹宇宙中 90物质处于等离子体态n 人类的生存伴随着 水 ，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的 热力学 环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只能存在于远离人群的地方，以 闪电 、 极光 的形式为人们所敬畏、所赞叹。n 由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的 电离层 、日地空间的 太阳风 、 太阳日冕 、 太阳内部 、 星际空间 、 星云 及星团 ，毫无例外的都是等离子体。P8 Copyright by Wan
5、dong LIU等离子体物理与应用，科大 密度 (cm-3)温度(度 )太阳核心磁约束聚 变霓虹灯 北极光 火 焰闪电日冕氢弹星际空间荧光气体液 体固 体人类居住环境惯性聚变星 云太阳风等离子体参数空间P9 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大等离子体的描述方法n 等离子体描述是一致的，通常是经典、非相对论的体系 非相对论： 经典： 直接粒子描述： 每个粒子运动由牛顿方程描述（对现实体系的粒子数几乎是不可能的，计算机 PIC 模拟方法以此为基础） 流体描述： 将 等离子体视为电磁相互作用起主导作用的流体，（电）磁流体（ EMHD， MHD） 动力论描述： 相空间粒子概率分布 描述， 电磁场运动 粒子运动麦克斯韦方程P10 Copyright by Wandong LIU等离子体物理与应用，科大等离子体分类冷等离子体TeTi, Ta热等离子体Te Ti, Ta电弧、碘钨灯极光、日光灯电子温度100000C1eV聚变、太阳核心高 温等离子体低 温等离子体
