等離子體在化學(xué)化工上的應(yīng)用

等離子體在化學(xué)化工上的應(yīng)用一、對等離子體的介紹：以水為例固體

冰液體

水氣體水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C等離子體與固體、液體、和氣體狀態(tài)不同

固體

冰液體

水氣體

水汽等離子體

電離氣體溫度00C1000C100000C這是一個能量增加的過程！需要分別克服:分子間相互作用勢能,表面束縛能,原子結(jié)合能(鍵能),電離能。不是相變?。?！等離子體是由電子、離子等帶電粒子以及中性粒子(原子、分子、微粒等)組成的，宏觀上呈現(xiàn)準(zhǔn)中性、且具有集體效應(yīng)的混合氣體。定義——自由電荷構(gòu)成、表現(xiàn)出集體行為的準(zhǔn)中性多粒子系統(tǒng).1、等離子體的概念：含大量帶電粒子的氣體，異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是正負(fù)荷電的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體，即非束縛態(tài)等離子體定義的要點：1)、對于自由的理解：指等離子體中正負(fù)離子數(shù)目基本相等，宏觀（大尺度）呈現(xiàn)電中性，小尺度則呈現(xiàn)電磁性質(zhì)2)、對于準(zhǔn)中性的理解：等離子體定義的要點：ne

ni與中性氣體的根本區(qū)別，是等離子體作為物質(zhì)第四態(tài)的依據(jù)。區(qū)別一種物態(tài)應(yīng)看作用于物態(tài)基本組元上的作用力，控制物態(tài)特性變化的基本作用力，對于固體，液體，氣體均有所不同。中性氣體：粒子間的直接的碰撞作用等離子體：電磁力，長程多體3)、對于集體效應(yīng)的理解：等離子體定義的要點：當(dāng)體系內(nèi)某處出現(xiàn)擾動時，理論上所有粒子行為都會受到影響，使整個等離子體對外加擾動作出響應(yīng)；集體行為也會通過電磁場作為媒介來表現(xiàn)。等離子體中粒子的運動與電磁場（外場及粒子產(chǎn)生的自洽場）的運動緊密耦合，不可分割。集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用：等離子體中相互作用的電磁力是長程的。描述等離子體的行為：粒子+電磁場3)、對于集體效應(yīng)的理解：等離子體定義的要點：4）等離子體是物質(zhì)第四態(tài)由于它的獨特行為與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)都截然不同，與電磁場存在強烈的耦合作用，在宇宙中廣泛存在，故稱之為物質(zhì)第四態(tài)。

等離子體定義的要點：因此有廣闊的參數(shù)空間寬廣的研究領(lǐng)域和應(yīng)用前景!宇宙中99%的物質(zhì)都是等離子體冷等離子體

Te≠Ti,Ta熱等離子體

Te＝Ti,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1eV＝11600KTi=Te=Ta=2000K-20000KTi=Ta=300K-400K.Te=3-5萬度2、等離子體的分類：百萬度低溫應(yīng)用等離子體冷等離子體熱等離子體高溫應(yīng)用等離子體磁約束聚變慣性約束聚變空間和天體等離子體等離子體研究領(lǐng)域3、等離子體的研究領(lǐng)域：聚變等離子體研究－高溫應(yīng)用等離子體人類賴以生存的最主要的資源是什么？能源能源是推動科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟高速發(fā)展的保障，是人類文明進步的保障。最終，能源也是人類這一物種能夠生存的保障。人類目前被束縛在小小的星球上，雖然現(xiàn)在人類能源的開發(fā)利用已經(jīng)多元化，然而終歸有枯竭的一天。煤、石油、風(fēng)、水、地?zé)帷⑻柲?，潮汐……?空間和天體等離子體研究極光空間等離子體形態(tài)空間和天體等離子體研究二、等離子體的產(chǎn)生方法：1、氣體放電法：帶電離子在電場作用下獲得加速動能與氣體分子碰撞，加之陰極二次電子發(fā)射等機制的作用導(dǎo)致氣體擊穿放電而形成等離子體。2、光電離法和激光輻射電離：借入射光量子來使物質(zhì)分子電離，只要光量子大于或等于該物質(zhì)的第一激發(fā)電離能，可形成等離子體。激光輻射不僅有單光子，還有多光子和級聯(lián)電離機制，可獲得高溫高密度等離子體。3、射線輻照法：用各種射線（包括α、β、γ和Χ射線）或粒子束（電子束、離子束等）對氣體輻照也可產(chǎn)生等離子體。4、燃燒法：借助熱運動動能是氣體分子中的足夠大的原子、分子相互碰撞引起電離獲得等離子體。5、沖擊波法：當(dāng)沖擊波在氣體中通過時，氣體受絕熱壓縮產(chǎn)生的高溫來獲得等離子體。極光氫彈的爆炸原子彈的爆炸三、等離子體的性質(zhì)及特點：

等離子體含有極活潑的化學(xué)反應(yīng)物種（如離子電子激發(fā)態(tài)原子分子自由基等），其性質(zhì)與固、液、氣

3態(tài)有本質(zhì)的區(qū)別，表現(xiàn)出許多特點，現(xiàn)詳述如下：1、電離：

等離子體存在帶正電的離子和帶負(fù)電的自由電子，因而有很高的電導(dǎo)率，與電磁場的耦合作用也極強：帶電粒子可以同電場耦合，帶電粒子流可以和磁場耦合2、組成粒子：等離子體包含2∽3種不同組成粒子：自由電子，帶正電的離子和未電離的原子。輕度電離的等離子體，離子溫度