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等离子体概述

  等离子体是物质存在的第四种状态。通常情况下物质有三种状态:气态、液态、固态。在一定温度和压力下三态可以互相转换。但在一定条件下,如加热、放电等,气体分子会发生解离、电离等过程,当产生的带电粒子密度达到一定数值时,物质状态就会出现新的变化,这时的电离气体已经不再是原来的气体了,人们把这时的状态称为等离子状态。


等离子体概述

  等离子体定义

  什么是等离子体?早期的定义为包含足够多的正电荷数目近于相等的带电粒子的物质聚集状态。当然,在这个定义下也包含了固态等离子体和液态等离子体。晶格中正离子和自由电子组合或半导体中电子与空穴的组合等为固态等离子体。电解质溶液中正负离子的组合为液态等离子体。1994年国家自然科学基金委员会在“等离子体物理学发展战略调研报告”中提出等离子体是由大量带电粒子组成的非凝聚系统。报告强调了等离子体的非凝聚系统属性,排除了单纯的固态和液态。因此,等离子体是指在宏观上呈电中性的电离态气体,是电子、离子、自由基和各种活性基团等粒子组成的集合体。其中正电荷总数和负电荷总数在数值上相等,故称为等离子体。此等离子体定义既强调了等离子体微观上的电离属性,又强调了等离子体宏观上的电中性。


等离子体概述

  等离子体

  作为具有一定电离度的气体-等离子体和普通气体的主要区别在于组成和性质。组成上普通气体是由电中性的分子或原子组成,而等离子体是由带电粒子和中性粒子组成的集合体。性质上等离子体是一种导电流体,但在宏观尺度上维持电中性,其带电粒子间存在库仑力,运动行为会受到磁场影响或支配。

  等离子体发生

  日常生活环境中因不具备等离子体产生的条件而使人们对等离子体感到陌生。事实上,在一些特定的环境下是能看到自然界的等离子体现象的,如闪电、极光等。在宇宙中,99%以上的物质均是以等离子状态存在的,如太阳等恒星。在实验条件下产生等离子体的方法很多,大气压下气体放电逐步发展起来,相比于低气压气体放电,大气压气体放电无需复杂的真空系统,使费用大大降低。目前,实验室中常用的大气压气体放电有辉光放电(glow discharge)、介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)、电晕放电(corona discharge)、滑动弧放电(gliding arc discharge)、火花放电(spark discharge)、射频等离子体(radio-frequency plasma)及微波等离子体(microwave plasma)。

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