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科学普及

程显博士小科普---什么是等离子体及应用

2021年02月26日 21:50  点击:[]

等离子体是由带正、负电荷的离子和电子,也可能还有一些中性的原子和分子所组成的集合体。在宏观上一般呈电中性。等离子体可以是固态、液态和气态。电离气体就是一种气态等离子体。等离子体中的基本过程是在电场和磁场的作用下,各种带电粒子间相互作用,引起多种效应。

等离子体的应用取决于它的性质和状态。等离子体的性质常取决于以下因素:①等离子体的组分,如原子、分子、离子、电子、化学基团等。②粒子所处的状态,如中性态、激发态、电离态、活化的分子及自由基。③各种粒子数密度,即单位体积中的粒子数。④各种粒子的温度。如果电子和离子的温度相等,称为平衡态等离子体;反之,是非平衡态等离子体。⑤等离子体所处的环境,如电场强度、磁场强度、电极结构、气流、放电容器等。⑥各种因素的作用时间。

人工等离子体的温度大约为103~108开,电子数密度约为108~1021/厘米3,电流为毫安~兆安数量级,气体压力为百帕~百千帕,放电频率从直流到微波,这些参量决定了等离子体的不同应用。主要有高温等离子体应用、热等离子体应用、冷等离子体应用三大类。

高温等离子体应用 高温等离子体的温度为 102~104电子伏(1电子伏相当于 1.1×104开)。它主要用于热核聚变发电。热等离子体的温度为0.1~4电子伏,电流为1~100安及以上。这类等离子体处于热平衡态,电弧、等离子体炬属于这一类。主要用于难熔金属冶炼、机加工等。冷等离子体的电子温度比离子温度高,分别为10电子伏及以下和室温,主要用于化学合成、材料表面改性和大规模集成电路的刻蚀。


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