第一章等離子體概述2014

1、固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度00C1000C100000Cn1 eV=11600 K 電離氣體需要有足夠的電離度的電離氣體才具有等離子體性質(zhì)?！半娦浴北取爸行浴备匾?( 電離度 10-4 )維基百科 等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，廣泛存在于宇宙中，常被視為是物質(zhì)的第四態(tài)，被稱為等離子態(tài)，或者“超氣態(tài)”，也稱“電漿體”。等離子體具有很高的電導(dǎo)率，與電磁場存在極強(qiáng)的耦合作用。等離子體是由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)的，1928年美國科學(xué)家歐文朗繆爾和湯克斯（Tonks）首次將Plasma一詞引入物理學(xué)，用來描述氣體放電管里的物質(zhì)形態(tài)1，P

2、lasma是源自希臘文，意為可形塑的物體，此字有隨著容器形狀改變自身形狀之意，如燈管中的等離子體會隨著燈管的形狀改變自身的形狀。 嚴(yán)格來說，等離子體是具有高位能動能的氣體團(tuán)，等離子體的總帶電量仍是中性，借由電場或磁場的高動能將外層的電子擊出，結(jié)果電子已不再被束縛于原子核，而成為高位能高動能的自由電子。 人類的生存伴隨著水，水存在的環(huán)境是地球文明得以進(jìn)化、發(fā)展的的熱力學(xué)環(huán)境，這種環(huán)境遠(yuǎn)離等離子體物態(tài)普遍存在的狀態(tài)。因而，天然等離子體就只能存在于遠(yuǎn)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(zhì)的存在形式，大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽風(fēng)、太陽日冕

3、、太陽內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)，毫無例外的都是等離子體。人類的生存伴隨著水，水存在的環(huán)境是地球文明得以進(jìn)化、發(fā)展的的熱力學(xué)環(huán)境，這種環(huán)境遠(yuǎn)離等離子體物態(tài)普遍存在的狀態(tài)。因而，天然等離子體就只能存在于遠(yuǎn)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(zhì)的存在形式，大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽風(fēng)、太陽日冕、太陽內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)，毫無例外的都是等離子體。日常生活中：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發(fā)生器典型的工業(yè)應(yīng)用：等離子體刻蝕、鍍膜、表面改性、噴涂、燒結(jié)、冶煉、加熱、有害物處理高技術(shù)應(yīng)用：托卡馬克、慣性約束聚變、氫彈、高功率微波器件

4、、離子源、強(qiáng)流束、飛行器鞘套與尾跡密度(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(huán)境慣性聚變星 云太陽風(fēng)等離子體參數(shù)空間冷等離子體TeTi, Ta熱等離子體TeTi, Ta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 溫等離子體放電管中電離氣體，現(xiàn)象認(rèn)識建立等離子體物理基本理論框架低溫應(yīng)用等離子體高溫聚變等離子體空間和天體等離子體性約束兩種方法來達(dá)到上述條件。實驗機(jī)理：是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積

5、出所期望的薄膜。低溫等離子體應(yīng)用PECVD作用：在硅片表面鍍上一層深藍(lán)色的氮化硅膜，可以充分吸收太陽光，降低反射，并且氮化硅膜有鈍化的作用，保護(hù)電池片不受污染。PECVD原理：利用硅烷（SiH4）與氨氣（NH3）在等離子體中反應(yīng)，生成Si3N4沉積到硅片表面。干法刻蝕化學(xué)方程式： PECVD效果： 納米尺度上針尖狀表面特征類金剛石表面制造實驗室與日本原子力所先進(jìn)科學(xué)研究中心合作，開展了非平衡薄膜表面制造的研究，成功第地制備了納米尺度的針狀表面、波紋表面，樹枝狀表面、正弦表面等表面結(jié)構(gòu)，其中波紋表面，是應(yīng)用薄膜生長過程的自組織過程中直接形成的。（J. Chem.Phys. 116, 10458，

6、2002）納米尺度上波紋狀表面樹枝狀表面大面積正弦表面毫米級厚金剛石片制備研究 應(yīng)用PCVD方法開展金剛石模制備研究開展了多年，對制備過程中物理化學(xué)及工藝過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究。可以穩(wěn)定地制備高質(zhì)量毫米量級厚度的金剛石片，并用金剛石膜加工成金剛石電子熱沉片，熱導(dǎo)率高達(dá)7.6W/(kcm)，可用于大功率電子器件。（ Physics of Plasma, 5, 1541, 1998、 J. Phys. D, 31, 3327, 1998、J. Vac. Sci. Tech. A，20, 941, 2002）純金剛石片（直徑30mm）半透純金剛石熱沉片10 x10 mm2 帶Si襯底的金剛石厚膜金剛石質(zhì)

7、量表征軍事應(yīng)用等離子體天線、等離子體隱身、等離子體減阻、等離子體鞘套、等離子體誘餌高技術(shù)大功率微波器件、X射線激光、強(qiáng)流束技術(shù)、等離子體推進(jìn)低溫等離子體應(yīng)用低溫等離子體應(yīng)用空間天體等離子體北極光空間天體等離子體 空間天體等離子體 空間天體等離子體聚變等離子體D3He4HeTULi聚變能裂變能原子質(zhì)量平均結(jié)合能聚變等離子體D + T = n + 4HeD + T = p + 3He聚變等離子體G 10克氘15克氚 人一生所需能源A 500升海水含10克氘B 無環(huán)境污染及長壽命放 射性廢料聚變等離子體勞遜判據(jù)（Q1）T10keV （1億度）nt 3x1020m-3s聚變等離子體聚變等離子體聚變等離子體1985年建成，10路45000焦耳，1納秒2倍頻/3倍頻2003年建成, 192束180萬焦耳，3納秒500TW，近紫外光等離子體科學(xué)涵蓋了受控?zé)岷司圩?、低溫等離子體物理及應(yīng)用、國防和高技術(shù)應(yīng)用、天體和空間等離子體