1、等离子体物理及应用,科大，2002年12月14日,刘 万 东 中国科学技术大学近代物理系,什么是等离子体？,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。,等离子体是物质第四态,00C,1000C,100000C,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,等离子体,需要有足够的
2、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 ),宇宙中90物质处于等离子体态,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。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。,宇宙中90物质处于等离子体态,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
3、氧发生器典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、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,等离子体参数空间,等离子体物理学科发展简史,19世纪30年代起放电管中电离气体，现象认识建立等离子体物理基本理论框架20世纪50年代起受控热核聚变空间技术等离子体物理成为独立的分支学科20世纪80年代起气体放电和电弧技术发展应用低温等离子体物理发展,等离子体物理研究领域,低温应用等离子体高温聚变等离子体空间和天体等离子体,等离子体分类,在等离子体中引入电场，经过一定的时间.,德拜( Debye )屏蔽,等离子体特性,
4、在等离子体中引入电场，经过一定的时间，等离子体中的电子、离子将移动，屏蔽电场德拜屏蔽,德拜( Debye )屏蔽,等离子体特性,屏蔽层厚度：德拜长度 lD,特征响应时间：tp lD/vT1/wp,在等离子体内部，正、负电荷数几乎相等准中性 ne ni,准中性,等离子体特性,等离子体基本条件,空间尺度要求 ：等离子体线度远大于德拜长度lD tp集合体要求：在德拜球中粒子数足够多，具有统计意义ND ne (4 plD3 /3 ) 1,非磁化等离子体中波动,离子声波：离子运动，低频，与普通声波类似，纵波电子等离子体波：电子运动，高频，纵波电磁波：横波，等离子体可视为介质，折射率 n 人一生所需能源
5、500升海水含10克氘 无环境污染及长寿命放 射性废料,聚变需要亿度高温,聚变等离子体,劳逊判据（Q1）T10keV （1亿度）nt 3x1020m-3s,实现聚变的三种途径,聚变等离子体,托卡马克装置( JET ),聚变等离子体,How Fusion Energy is Produced,磁约束聚变研究进展,聚变等离子体,美国Nova激光聚变装置,1985年建成，10路45000焦耳，1纳秒2倍频/3倍频,美国国家点火（NIF）激光聚变装置,激光聚变电站,神光II、星光II激光聚变装置,总 结,等离子体科学涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、国防和高技术应用、天体和空间等离子体物理等
6、分支领域。等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用。等离子体研究领域对人类面临的能源、材料、信息、环保等许多全局性问题的解决具有重大意义。,有一位“哲人”曰： 我经常将等离子体人性化，她的许多表现酷似于我们人类，常常不需要牵强的联想，就可以用我们日常的经验，甚至是我们内心的感受来理解她的行为等离子体中的两性： 相互独立又相互扶持，平和时若即若离，逃逸时则携手并肩。等离子体中的相互作用： 长则绵绵，短则眈眈，远可及周天之外，近可抵唇齿之间。等离子体的集体行为： 自由与束缚兼得，温和与暴虐并存。等离子体的自洽禀性： 可以欺之以妩媚，不可催之以强蛮，若以力，人人奋愤可兵，以弱，则诺诺列队而从。,谢谢大家！,
