等離子體分析

1、物理與電子工程學(xué)院學(xué)年論文PAGE 第 12 -頁 等離子體物理姓名: 摘要：本文簡要介紹了等離子體的概念，等離子體的發(fā)展史，等離子體按焰溫度和所處狀態(tài)的分類，并且例舉了在地球上和地球外的常見等離子體，也簡單介紹了等離子體在冶煉、噴涂、焊接、刻蝕、隱身和核聚變各個方面的應(yīng)用。另外，對等離子體的現(xiàn)狀做了介紹，對其前景也做了展望。而主要介紹了等離子體物理學(xué)的理論，包括粒子軌道理論，磁流體力學(xué)和等離子體動力論三個方面，并一一展開詳細(xì)介紹了這三個理論，最后得出三大理論相互聯(lián)系的結(jié)論。關(guān)鍵詞：等離子體；粒子軌道理論；漂移；等離子體動力論；湍流；孤立子； 等離子體中波；引言： 大家早已熟知物體的固體、液體

2、和氣體三態(tài)。將固體加熱到熔點(diǎn)時，粒子的平均動能超過晶格的結(jié)合能，固體會變成液體；將液體加熱到沸點(diǎn)時，粒子的動能會超過粒子之間的結(jié)合能，液體會變成氣體。如果把氣體進(jìn)一步加熱，氣體則會部分電離或者完全電離，則原子變成離子。如果正離子和負(fù)離子數(shù)目相等即為等離子體。自20世紀(jì)50年代以來，等離子體物理學(xué)已發(fā)展成為物理學(xué)的一個十分活躍的分支。在實(shí)驗(yàn)上，已經(jīng)取得很大的成就。在理論上，利用粒子軌道理論、磁流體力學(xué)和動力論已經(jīng)闡明等離子體的很多性質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律，相信隨著人們對等離子體性質(zhì)研究的不斷深入，我們會能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在更多領(lǐng)域。等離子體概念從廣義上說，等離子體是泛指一些具有足夠的能量自由的帶電粒子，其運(yùn)動以

3、受電磁場力作用為主的物質(zhì)，例如，半導(dǎo)體、電解液都是等離子體。從狹義上講，等離子體是普通氣體溫度升高時，氣體粒子的 HYPERLINK /view/748950.htm t _blank 熱運(yùn)動加劇，使粒子之間發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，大量原子或分子中的電子被撞掉，當(dāng)溫度高達(dá)百萬開到1億開，所有氣體原子全部電離電離出的自由電子總的負(fù)電量與正離子總的正電量相等這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體【1】。等離子體又叫做電漿，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固液氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。在現(xiàn)有的等離子體理論中，無論磁流體力學(xué)方程或動力論方程，都是非線性的偏微分方程，難于嚴(yán)格求解析解。為了求得解析解，只能采

4、用經(jīng)過大大簡化的物理模型，其結(jié)果往往是許多過程和效應(yīng)都被掩蓋了。因而借助于計算機(jī)的數(shù)值計算在等離子體研究中的作用越來越大，已經(jīng)成為與實(shí)驗(yàn)研究和理論研究相配合的重要研究方法。隨著天體和空間觀測的進(jìn)一步開展，以及受控?zé)岷司圩兒偷蜏氐入x子體應(yīng)用的進(jìn)一步研究，等離子體物理學(xué)將繼續(xù)在人類的發(fā)展史上留下濃墨重彩的每一筆。處于磁場中的帶電粒子繞磁力線作圓周運(yùn)動，它們形成了一個個“小電流圈”，正負(fù)電荷旋轉(zhuǎn)的方向相反，但形成的電流是相同的，迎著磁場方向看時，做回旋運(yùn)動的帶電粒子所形成的電流是沿順時針方向流動的。但是如果除磁場外，還有其他外力F，則粒子除沿磁場運(yùn)動外,在垂直磁場方向，一面作回旋運(yùn)動，一面作漂移運(yùn)動

5、【11】。漂移運(yùn)動是拉莫爾圓的圓心（即導(dǎo)向中心）垂直于磁場的運(yùn)動。如在均勻恒定磁場條件下，帶電粒子受 HYPERLINK /view/8998.htm 洛倫茲力作用，沿著以磁力線為軸的螺旋線運(yùn)動（見帶電粒子的回旋圖2） 如果還有靜電力或 HYPERLINK /view/11293.htm 重力則帶電粒子除了以磁力線為軸的螺旋線運(yùn)動外，還有垂直于 HYPERLINK /view/103501.htm 磁力線的運(yùn)動即 HYPERLINK /view/2726.htm 漂移運(yùn)動。對于非均勻磁場，漂移也可以有磁場梯度和磁場的曲率等引起。而漂移是粒子軌道理論的重要內(nèi)容，在這分別討論在均勻磁場與非均勻磁場

6、兩種情況下的漂移：1.2在均勻磁場中的漂移對于曲線的CD段，由于電子受到減速電位(P-S)的作用，只有能量比(P-（1）式中o為等離子區(qū)中的電子密度，e為等離子區(qū)中的電子溫度，為玻耳茲曼常數(shù)。 在電子平均速度為ve時，在單位時間內(nèi)落到表面積為的探針上的電子數(shù)為：(2)將(1)式代入(2)式得探針上的電子電流:（3）其中（4）對（3）式取對數(shù)其中故可見電子電流的對數(shù)和探針電位呈線性關(guān)系。作半對數(shù)曲線，如圖3所示，由直線部分的斜率tg，可決定電子溫度TtgT若取以10為底的對數(shù)，則常數(shù)11600應(yīng)改為5040。電子平均動能Ee和平均速度V式中me由(4)式可求得等離子區(qū)中的電子密度：式中I0為P時

7、的電子電流，為探針裸露在等離子區(qū)中的表面面積。（2）雙探針法。單探針法有一定的局限性，因?yàn)樘结樀碾娢灰苑烹姽艿年枠O或陰極點(diǎn)位作為參考點(diǎn)，而且一部分放電電流對探極電流有所貢獻(xiàn)，造成探極電流過大和特性曲線失真。 雙探針法是在放電管中裝兩根探針，相隔一段距離L。雙探針法的伏安特性曲線如圖4所示。在坐標(biāo)原點(diǎn)，如果兩根探針之間沒有電位差，它們各自得到的電流相等，所以外電流為零。然而，一般說來，由于兩個探針?biāo)诘牡入x子體電位稍有不同，所以外加電壓為零時，電流不是零。 隨著外加電壓逐步增加，電流趨于飽和。最大電流是飽和離子電流Is1，Is2。磁流體力學(xué)磁流體力【15】學(xué)是結(jié)合經(jīng)典 HYPERLINK /i

8、ndex.php?doc-innerlink-%E6%B5%81%E4%BD%93%E5%8A%9B%E5%AD%A6 o 流體力學(xué) 流體力學(xué)和電動力學(xué)的方法研究 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E5%AF%BC%E7%94%B5%E6%B5%81%E4%BD%93 o 導(dǎo)電流體 導(dǎo)電流體和 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E5%9C%BA o 磁場 磁場相互作用的學(xué)科，包括 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E6%B5%81%E4%BD%9

9、3%E9%9D%99%E5%8A%9B%E5%AD%A6 o 磁流體靜力學(xué) 磁流體靜力學(xué)和磁流體動力學(xué)兩個分支。磁流體靜力學(xué)研究導(dǎo)電流體在磁場力作用下靜平衡的問題；磁流體動力學(xué)研究導(dǎo)電流體與磁場相互作用的動力學(xué)或運(yùn)動規(guī)律。但磁流體力學(xué)通常即指磁流體動力學(xué)，而磁流體靜力學(xué)被看作磁流體動力學(xué)的特殊情形。其基本思想是在運(yùn)動的導(dǎo)電流體中， HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E5%9C%BA o 磁場 磁場能夠感應(yīng)出 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%94%B5%E6%B5%81 o 電流 電流。磁流體力

10、學(xué)不討論單個粒子的運(yùn)動，而是把等離子體當(dāng)作導(dǎo)電的連續(xù)媒質(zhì)來處理，在流體力學(xué)方程中加上電磁作用項(xiàng),再和麥克斯韋方程組聯(lián)立,就構(gòu)成磁流體力學(xué)方程組，這是等離子體的宏觀理論。2.1磁流體力學(xué)簡史-1832年 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-M.%E6%B3%95%E6%8B%89%E7%AC%AC o M.法拉第 M.法拉第首次提出有關(guān)磁流體力學(xué)問題。-1937年J.F.哈特曼根據(jù)法拉第的想法，成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學(xué)流動的理論計算方法。-19401948年H.阿爾文提出帶電單粒子在磁場中運(yùn)動軌道的引導(dǎo)中心理論、 HYPERLINK /index.php

11、?doc-innerlink-%E7%A3%81%E5%86%BB%E7%BB%93%E5%AE%9A%E7%90%86 o 磁凍結(jié)定理 磁凍結(jié)定理、 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E6%B5%81%E4%BD%93%E5%8A%A8%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E6%B3%A2 o 磁流體動力學(xué)波 磁流體動力學(xué)波和 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E5%A4%AA%E9%98%B3%E9%BB%91%E5%AD%90%E7%90%86%E8%AE%BA o 太陽黑子理論 太陽黑子理論。

12、 -1950年S.倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存等離子體的所謂磁約束問題，即磁流體靜力學(xué)問題。-1950年， HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-N.%E8%B5%AB%E7%BD%97%E5%A4%AB%E6%A3%AE o N.赫羅夫森 N.赫羅夫森和 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E8%8C%83%E5%BE%B7%E8%83%A1%E6%96%AF o 范德胡斯 范德胡斯特論證了有三種擾動波存在。2.2磁流體力學(xué)研究方法磁流體力學(xué)是在非導(dǎo)電流體力學(xué)的基礎(chǔ)上研究導(dǎo)電流體中流場和磁場的相互作用的。進(jìn)行這種研究必

13、須對經(jīng)典流體力學(xué)加以修正，以便得到 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E6%B5%81%E4%BD%93%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E6%96%B9%E7%A8%8B%E7%BB%84 o 磁流體力學(xué)基本方程組 磁流體力學(xué)基本方程組，包括考慮介質(zhì)運(yùn)動的電動力學(xué)方程組和考慮電磁場作用的流體力學(xué)方程組。電動力學(xué)方程組包含 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%94%B5%E5%AF%BC%E7%8E%87 o 電導(dǎo)率 電導(dǎo)率、 HYPERLINK /inde

14、x.php?doc-innerlink-%E7%94%B5%E5%AE%B9%E7%8E%87 o 電容率 電容率、 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%A3%81%E5%AF%BC%E7%8E%87 o 磁導(dǎo)率 磁導(dǎo)率；流體力學(xué)方程組包含粘性系數(shù)、熱導(dǎo)率、氣體比熱等物理參量。它們有時是常數(shù)，有時是其他量的函數(shù)。 磁流體力學(xué)基本方程組具有非線性且包含方程個數(shù)又多，造成求解困難。但在實(shí)際問題中往往不需要求最一般形式的方程組的解，而只需求某一特殊問題的方程組的解。因此，在利用磁流體力學(xué)基本方程組來解決種種實(shí)際問題時，可在實(shí)驗(yàn)或觀測的基礎(chǔ)上，建立表征研究對象

15、主要實(shí)質(zhì)的物理模型來簡化基本方程組。一般應(yīng)用 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E9%87%8F%E7%BA%B2%E5%88%86%E6%9E%90 o 量綱分析 量綱分析和 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E7%9B%B8%E4%BC%BC%E5%BE%8B o 相似律 相似律求得表征一個物理問題的相似準(zhǔn)數(shù)，并簡化方程，從而得到有實(shí)用價值的解。磁流體力學(xué)相似準(zhǔn)數(shù)有 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E9%9B%B7%E8%AF%BA%E6%95%B0 o 雷諾數(shù) 雷諾數(shù)、磁雷

16、諾數(shù)、哈特曼數(shù)(見 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E5%93%88%E7%89%B9%E6%9B%BC%E6%B5%81%E5%8A%A8 o 哈特曼流動 哈特曼流動)、 HYPERLINK /index.php?doc-innerlink-%E9%A9%AC%E8%B5%AB%E6%95%B0 o 馬赫數(shù) 馬赫數(shù)、磁馬赫數(shù)、磁力數(shù)、相互作用數(shù)等。求解簡化后的方程組不外是分析法和數(shù)值法。 磁流體力學(xué)的理論很難像普通流體力學(xué)理論那樣得到充分的驗(yàn)證。由于在常溫下可供選擇的介質(zhì)很少，同時需要很強(qiáng)的磁場才能觀察到磁流體力學(xué)現(xiàn)象，故不易進(jìn)行模擬。早期是用水銀進(jìn)行

17、實(shí)驗(yàn)，但水銀在磁場中運(yùn)動時只呈現(xiàn)出不可壓縮流體現(xiàn)象，而等離子體處于高溫狀態(tài)，現(xiàn)象復(fù)雜，帶來許多有待研究的診斷問題。模擬天體大尺度的磁流體力學(xué)問題更不易在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)。所以磁流體力學(xué)的理論有的可以得到定量驗(yàn)證，有的只能得到定性或間接的驗(yàn)證。2.3磁流體力學(xué)研究內(nèi)容2.31略磁場力對流體的作用，單獨(dú)考慮理想導(dǎo)電流體運(yùn)動對磁場影響的問題，或流體靜止時，流體電阻對磁場影響的問題，其中包括磁凍結(jié)和磁擴(kuò)散。2.32通過磁場力來考察磁場對靜止導(dǎo)電流體或理想導(dǎo)電流體的約束機(jī)制。這個問題是磁流體靜力學(xué)的研究范疇，對受控?zé)岷朔磻?yīng)十分重要。磁流體靜力學(xué)在天體物理中，例如在研究太陽黑子的平衡、日珥的支撐、星際間 HY

18、PERLINK /index.php?doc-innerlink-%E6%97%A0%E4%BD%9C%E7%94%A8%E5%8A%9B%E5%9C%BA o 無作用力場 無作用力場等問題中也很重要。2.33研究磁場力對導(dǎo)電流體定常運(yùn)動的影響。方程的非線性使磁流體動力學(xué)流動的數(shù)學(xué)分析復(fù)雜化，通常要用近似方法或數(shù)值法求解。對于一般的磁流體動力學(xué)流動雖然都有相應(yīng)的研究,但僅少數(shù)有精確解,如哈特曼流動、庫埃特流動等。它們雖然是簡化情況的解，然而清晰地闡明了基本的流動規(guī)律，利用這些規(guī)律至少可以定性地討論更復(fù)雜的磁流體動力學(xué)流動。2.34研究磁流體動力學(xué)波，包括小擾動波、有限振幅波和 HYPERLIN

19、K /index.php?doc-innerlink-%E6%BF%80%E6%B3%A2 o 激波 激波。了解等離子體中波的傳播規(guī)律，就可以探測等離子體的某些性質(zhì)。此外，激波理論在電磁激波管、天體物理和地球物理上都有重要的應(yīng)用。 2.4湍流六維相空間分布函數(shù)f(r,p,t)所滿足的符拉索夫方程是一個難于處理的方程，在實(shí)際應(yīng)用中常常需要簡化。其中一種常用的辦法是對 f取動量矩 得到電磁雙流體方程組，把它作為研究等離子體動力論的一種近似。對符拉索夫方程取動量的零次矩得密度守恒方程，一次矩得動量守恒方程,二次矩得能量守恒方程。因?yàn)檫@里還包括f的高次矩，所以這三個矩方程是不封閉的。在一般氣體動力論中

20、,是用恩斯庫格-查普曼方法處理高次矩的。在那里粒子之間的碰撞起主要作用,f近似局部熱動平衡分布?？梢园裦在局部熱動平衡基礎(chǔ)上,對磁撞自由程作展開，得到f的近似解。由f的近似解計算三次矩,就得到流體力學(xué)方程的各種輸運(yùn)項(xiàng),使流體力學(xué)方程組成為完備的封閉方程組。有一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)注意，在取動量矩時，已忽略等離子體中電子、離子的細(xì)致粒子分布，所以電磁雙流體方程組不能反映在等離子體中很重要的波與粒子之間的相互作用，也不能反映在磁場中有限拉莫爾半徑所產(chǎn)生的效應(yīng)。流體力學(xué)【16】方程組仍然是一套非線性方程組。3.4等離子體中線性波在周圍環(huán)境條件作用下，等離子體中發(fā)生復(fù)雜的運(yùn)動過程,諸如能量的吸收和發(fā)射,各種運(yùn)動形態(tài)

21、之間的轉(zhuǎn)化，各種輸運(yùn)過程（粒子擴(kuò)散、電流傳導(dǎo)、能量傳輸、）等。在這些過程中，如果粒子之間的碰撞起主要作用，通常叫正常過程（例如正常擴(kuò)散、正常電導(dǎo)、），如果其有集體運(yùn)動性質(zhì)的波動起主導(dǎo)作用，就叫作反常過程。實(shí)際上在等離子體中，常常遇到的是反常輸運(yùn)。 自從50年代末期以來，對于基本上處于比較均勻、平穩(wěn)的狀態(tài)，只有微弱擾動的等離子體，從符拉索夫方程或電磁流體力學(xué)方程出發(fā)，作了系統(tǒng)的研究。這是一些可以把非線性項(xiàng)作為微擾處理的簡單情況。 在這種情況下，作為零級近似，先不考慮非線性項(xiàng)，方程退化為線性方程組。線性方程組具有一系列特征振蕩，這就是 HYPERLINK /wiki/%E7%AD%89%E7%A6

22、%BB%E5%AD%90%E4%BD%93%E4%B8%AD%E7%9A%84%E6%B3%A2 o 等離子體中的波 等離子體中的波。等離子體由許多物理量描述（電子、離子密度、速度、電場、磁場），在振蕩過程中，按照這些物理量相對運(yùn)動狀態(tài)的不同，可以把等離子體中的波分為多種不同類型的分支。在沒有外加磁場的等離子體中，最常見的波有三種:離子不動，電子作縱向振蕩的等離子體波；離子不動，電磁場和電子作橫向振蕩的電磁波；離子和電子一起振蕩的離子聲波。在有外加磁場的等離子體中，波的類型更多達(dá)數(shù)十種。等離子體中波的類型的豐富是所有物理學(xué)分支中少見的。 3.5等離子體中波和粒子相互作用等離子體中各種類型波不同

23、于普通聲波的一個表現(xiàn)是具有 HYPERLINK /wiki/%E6%9C%97%E9%81%93%E9%98%BB%E5%B0%BC o 朗道阻尼 朗道阻尼。這是一種典型的波與粒子無規(guī)運(yùn)動之間的相互作用。 令k表示波矢，每一類波()有其特征頻率(k)。是波的相速度。運(yùn)動速度的粒子叫與波共振粒子。這種粒子和波一起前進(jìn)，好像“騎”在波上一樣，從而與波可以有比較強(qiáng)的能量交換。速度大于波相速的粒子，推動波前進(jìn)，把它的一部分能量交給波，促使波振幅增長；對于速度略小于相速的粒子，波推動它前進(jìn)，使它加速?？偲饋碚f，要看那種粒子數(shù)多，決定波是隨時間衰減還是增長。這種現(xiàn)象叫做朗道衰減或增長。在等離子體現(xiàn)象中，經(jīng)

24、常遇到束流轟擊等離子體情況。在束流粒子推動下,等離子體中和它共振的波不斷增長,等離子體失穩(wěn)。束流不穩(wěn)是等離子體的一類重要的不穩(wěn)定現(xiàn)象。3.6等離子體中波和波相互作用在等離子體中，除了波與粒子之間的相互作用外,通過非線性項(xiàng),還有波與波之間的相互作用。當(dāng)幾個波之間有共振關(guān)系時，它們之間的相互作用最強(qiáng)。所謂共振就是指這幾個波的波矢和頻率同時匹配例如三個波k1,1(k1)；k2,2(k2);k3,3(k3)滿足k1k2+k3,1=2+3匹配關(guān)系。在等離子體物理中，經(jīng)常出現(xiàn)在一束強(qiáng)波作用下，等離子體失穩(wěn)的現(xiàn)象。抽運(yùn)波激發(fā)和它共振的波，這種現(xiàn)象叫參量激發(fā)。例如用一束強(qiáng)激光照射在等離子體上，激光可以被等離子

25、體吸收，衰變成和它共振的等離子體波和離子聲波，激光也可以發(fā)生散射，產(chǎn)生離子聲波或等離子體波。3.7孤立子微擾論的局限性可能有深刻的根源。近代關(guān)于非線性波的研究清楚地表明有些類型解是不能夠從線性微擾得到的。孤立子解就是一類典型例子。所謂孤立子是指集中在空間有限區(qū)域，在獨(dú)自運(yùn)動過程中不會散開的一類非線性波。自從1967年以來,陸續(xù)對一些比較簡單的非線性色散型波動方程(例如KdV方程，S-3方程，S-G方程)發(fā)展了散射反演求解方法，對于在任意初始條件下解的性質(zhì)有了清楚的了解。解分兩類，一類基本上是線性波，一類是孤立子解。產(chǎn)生孤立子現(xiàn)象的物理實(shí)質(zhì)是線性波的色散性和非線性項(xiàng)對波的凝聚作用的平衡。 非線性

26、項(xiàng)在一些情況下對波有凝聚作用。這一點(diǎn)可以通過一個最簡單的非線性方程 來說明?？梢园?u看作物質(zhì)的流速。這是一個簡單的流動。u大的點(diǎn)流速大,所以波陣面會逐漸變陡（見圖10）。也就是說波在空間發(fā)生凝聚。如果把u(x,t)作傅里葉變換,(k,t)是u(x,t)的傅里葉分量,隨著波的變陡將會出現(xiàn)具有大k值(k)分量。也可以說,各(k)分波通過非線性項(xiàng)相互作用，逐漸產(chǎn)生愈來愈高的高次諧波。對于上述方程，隨著時間的發(fā)展，會出現(xiàn)物理上無意義的u是x的多值函數(shù)的情況。當(dāng)然在實(shí)際物理過程中，是不會出現(xiàn)這種情況的。圖10有兩類物理因素可以阻止出現(xiàn)這種情況。 一類因素是波的耗損。一般地說，隨著波數(shù)k加大，耗損過程會

27、愈來愈快的把波的能量傳給其他自由度。耗損的機(jī)制很多，例如流體粘滯性、共振粒子的朗道阻尼等。由于耗損,大k值的波分量發(fā)展不起來,從而在普通空間中波不會變得非常陡,波陣面總會有一定的寬度。這時波后如果有外加推動力,不斷向波提供能量，補(bǔ)充在波陣面發(fā)生的損耗，就會形成沖擊波。 另一類阻止波凝聚的物理因素是波的色散。頻率(k)與k有關(guān)即不是常數(shù)的波叫色散波。一個有色散的波，由于它的各個k分波的傳播速度不同,在運(yùn)行過程中，有在空間中散開的趨勢。非線性使波凝聚，色散使波散開，在有些情況下，二者可以互相平衡，于是波動集中在空間有限區(qū)域成為波包傳播，不再進(jìn)一步凝聚，也不再進(jìn)一步散開，形成孤立子。 等離子體中有豐

28、富的色散波，顯然可能存在著各種類型的孤立子。當(dāng)前從理論分析上，數(shù)值模擬計算上以及實(shí)驗(yàn)上研究得比較多的是離子聲孤立子和等離子波包絡(luò)孤立子。 在離子聲振動過程中，由于電子密度和離子密度振動不同步，發(fā)生電荷分離現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使聲波具有色散性，這種色散性和振動的非線性形成了局部密度隆起以超聲速運(yùn)動的離子聲孤立子。 高頻等離子體波在振蕩過程中，可以產(chǎn)生有質(zhì)動力，把等離子體排開，形成等離子體局部凹陷，等離子體波被俘獲在凹陷中，凹陷以亞聲速運(yùn)動，這種孤立子叫等離子波包絡(luò)孤立子。 這些現(xiàn)象在等離子體實(shí)驗(yàn)中和數(shù)值模擬計算中，都已觀察到。 孤立子具有類似粒子的性質(zhì)。它們之間互相碰撞可以發(fā)生散射、分裂、融合現(xiàn)象。它

29、可以發(fā)射、吸收線性波，俘獲電子、離子并交換能量以及在外界作用下加速等。孤立子在等離子體動力論中可能占有重要地位。當(dāng)前對這些復(fù)雜現(xiàn)象的研究還處在初始階段。 總之，經(jīng)過近30年的努力，等離子體動力論已經(jīng)取得了不少的進(jìn)展，但總的說來，仍處在很不成熟的發(fā)展階段。 1.等離子體冶煉用于冶煉用普通方法難于冶煉的材料，例如高熔點(diǎn)的鋯、鈦、鉭、鈮、釩、鎢等金屬；還用于簡化工藝過程，例如直接從ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分別獲得Zr、Mo、Ta和Ti；用等離子體熔化快速固化法可開發(fā)硬的高熔點(diǎn)粉末，如碳化鎢-鈷、Mo-Co、Mo-Ti-六等離子的應(yīng)用及發(fā)展前景【18-20】Zr-C等粉末 等離子體冶煉的優(yōu)

30、點(diǎn)是產(chǎn)品成分及微結(jié)構(gòu)的一致性好，可免除容器材料的污染 。2等離子體噴涂許多設(shè)備的部件應(yīng)能耐磨耐腐蝕、抗高溫，為此需要在其表面噴涂一層具有特殊性能的材料。用等離子體沉積快速固化法可將特種材料粉末噴入熱等離子體中熔化，并噴涂到基體上，使之迅速冷卻、固化，形成接近網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的表層，這可大大提高噴涂質(zhì)量。 3.等離子體焊接可用以焊接鋼、合金鋼；鋁、銅、鈦等及其合金。特點(diǎn)是焊縫平整，可以再加工,沒有氧化物雜質(zhì),焊接速度快。用于切割鋼、鋁及其合金，切割厚度大。 4等離子體刻蝕在半導(dǎo)體制造技術(shù)中，等離子體刻蝕是干法刻蝕中最常見的一種方法，等離子體產(chǎn)生的帶能粒子在強(qiáng)電場下，朝硅片表面加速，這些例子通過濺射刻蝕作

31、用去除未被保護(hù)的硅片表面材料，從而完成一部分的硅刻蝕。 5等離子體隱身在軍事應(yīng)用于飛行器的隱身。 6等離子體核聚變托克馬克及ITER裝置，都是研究核聚變應(yīng)用發(fā)電的實(shí)例7發(fā)展前景：等離子體物理學(xué)已發(fā)展成為物理學(xué)的一個十分活躍的分支。在實(shí)驗(yàn)上，已經(jīng)建成了包括一批聚變實(shí)驗(yàn)裝置在內(nèi)的很多裝置，發(fā)射了不少科學(xué)衛(wèi)星和空間實(shí)驗(yàn)室，從而取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀測資料。在理論上，利用粒子軌道理論、磁流體力學(xué)和動力論已經(jīng)闡明等離子體的很多性質(zhì)和運(yùn)動規(guī)律，還發(fā)展了數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法。最近半個多世紀(jì)來的巨大成就，使人們對等離子體的認(rèn)識大大深化；但是一些已提出多年的問題，特別是一些非線性問題如反常輸運(yùn)等尚未得到完善解決，而對天

32、體和空間的觀測的進(jìn)一步開展，以及受控?zé)岷司圩兒偷蜏氐入x子體應(yīng)用研究的發(fā)展，又必定會帶來更多新的問題。今后一個相當(dāng)長的時期內(nèi)，等離子體物理學(xué)將繼續(xù)取得多方面的進(jìn)展。也相信經(jīng)過科學(xué)家的努力，等離子體一定會有更廣泛的應(yīng)用。 結(jié)論:作為宇宙中存在最廣泛的等離子體，其密度范圍很寬。對于極其稀薄的等離子體，粒子間的碰撞和集體效應(yīng)可以忽略，可采用單粒子軌道理論研究等離子體在磁場中的運(yùn)動。對于稠密等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，研究這種等離子體在磁場中的運(yùn)動有兩種方法。一是統(tǒng)計力學(xué)方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發(fā)，把氣體當(dāng)作正、負(fù)粒子和中性粒子的混合物，并考慮粒子之間的相互碰撞影響，用統(tǒng)計方法研究等

33、離子體在磁場中的宏觀運(yùn)動；二是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法即磁流體力學(xué)，把等離子體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)來研究它在磁場中的運(yùn)動。等離子體動力論對等離子體作最基本的描述，分析深刻，而磁流體力學(xué)則是它的一種宏觀近似。這三個理論將會更廣泛的應(yīng)用于以后的實(shí)際中!等離子體將會在實(shí)驗(yàn)和理論中得到更大的進(jìn)展！參考文獻(xiàn)胡希偉.等離子體理論基礎(chǔ).北京：北京大學(xué)出版社，2006（百度百科等離子體） Chen F F.林光海，譯。等離子體物理學(xué)導(dǎo)論。北京：人民教育出版社，1980馬騰才，胡希偉，陳銀華.等離子體物理原理.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1988徐家欒，金尚憲.等離子體物理學(xué)，北京：原子能出版社，1981Goldston R

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35、filename=HBXZ200201019&filetitle=%e5%b8%a6%e7%94%b5%e7%b2%92%e5%ad%90%e5%9c%a8%e9%9d%9e%e5%9d%87%e5%8c%80%e7%a3%81%e5%9c%ba%e4%b8%ad%e7%9a%84%e6%bc%82%e7%a7%bb%e8%bf%90%e5%8a%a8%e5%88%86%e6%9e%90 o 帶電粒子在非均勻磁場中的漂移運(yùn)動分析 t _blank 帶電粒子在均勻磁場中的漂移運(yùn)動分析J. HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType

36、=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e6%b9%96%e5%8c%97%e6%b0%91%e6%97%8f%e5%ad%a6%e9%99%a2%e5%ad%a6%e6%8a%a5(%e8%87%aa%e7%84%b6%e7%a7%91%e5%ad%a6%e7%89%88)&Value=HBXZ t _blank 湖北民族學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版) , HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issu

37、e&TableName=CJFDYEARINFO&Value=HBXZ*2002*01&NaviLink=%e6%b9%96%e5%8c%97%e6%b0%91%e6%97%8f%e5%ad%a6%e9%99%a2%e5%ad%a6%e6%8a%a5(%e8%87%aa%e7%84%b6%e7%a7%91%e5%ad%a6%e7%89%88) t _blank 2002,(01)陳銀華. HYPERLINK /kns50/detail.aspx?dbname=CJFD1996&filename=HJBY601.001&filetitle=%e9%9d%9e%e5%9d%87%e5%8c%80%

38、e7%a3%81%e5%9c%ba%e4%b8%ad%e7%9a%84%e5%89%aa%e5%88%87%e9%98%bf%e5%b0%94%e8%8a%ac%e6%b3%a2%e6%b6%a1%e6%97%8b o 非均勻磁場中的剪切阿爾芬波渦旋 t _blank 非均勻磁場中的剪切阿爾芬波渦旋J. HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e6%a0%b8%e8%81%9a%e5%8f%98%e4%b8%8e%e

39、7%ad%89%e7%a6%bb%e5%ad%90%e4%bd%93%e7%89%a9%e7%90%86&Value=HJBY t _blank 核聚變與等離子體物理 , HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=HJBY*1996*01&NaviLink=%e6%a0%b8%e8%81%9a%e5%8f%98%e4%b8%8e%e7%ad%89%e7%a6%bb%e5%ad%90%e4%bd%93%e

40、7%89%a9%e7%90%86 t _blank 1996,(01)全宏俊. HYPERLINK /kns50/detail.aspx?dbname=CJFD1994&filename=SGDX404.002&filetitle=%e4%bb%bb%e6%84%8f%e5%bd%a2%e7%8a%b6%e8%bd%bd%e6%b5%81%e7%ba%bf%e5%9c%88%e5%9c%a8%e9%9d%9e%e5%9d%87%e5%8c%80%e7%a3%81%e5%9c%ba%e4%b8%ad%e6%89%80%e5%8f%97%e7%9a%84%e5%8a%9b%e7%9f%a9 o 任

41、意形狀載流線圈在非均勻磁場中所受的力矩 t _blank 任意形狀載流線圈在非均勻磁場中所受的力矩J. HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e9%9f%b6%e5%85%b3%e5%a4%a7%e5%ad%a6%e5%ad%a6%e6%8a%a5(%e8%87%aa%e7%84%b6%e7%a7%91%e5%ad%a6%e7%89%88)&Value=SGDX t _blank 韶關(guān)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) , H

42、YPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=CJFD&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=SGDX*1994*04&NaviLink=%e9%9f%b6%e5%85%b3%e5%a4%a7%e5%ad%a6%e5%ad%a6%e6%8a%a5(%e8%87%aa%e7%84%b6%e7%a7%91%e5%ad%a6%e7%89%88) t _blank 1994,(04)劉亞杰. HYPERLINK /kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2010&filename=XBKJ201018029&filetitle=%e5%b8%a6%e7%94%b5%e7%b2%92%e5%ad%90%e5%9c%a8%e9%9d%9e%e5%9d%87%e5%8c%80%e7%a3%81%e5%9c%ba%e4%b8%ad%e7%9a%84%e8%bf%90%e5%8a%a8%e4%b8%8e%e7