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1、LOGO-指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：等離子體基本理論的等離子體基本理論的認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)n班級(jí)：物理學(xué)（）班班級(jí)：物理學(xué)（）班n學(xué)生：學(xué)生：n學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：研究概述研究概述u研究背景研究背景: : 等離子體研究領(lǐng)域?qū)θ祟惷媾R的能源、材料、信息等離子體研究領(lǐng)域?qū)θ祟惷媾R的能源、材料、信息及及環(huán)保等許多全局性問題解決具有重大意義。環(huán)保等許多全局性問題解決具有重大意義。u研究目標(biāo)研究目標(biāo): : 系統(tǒng)掌握分析等離子體，重點(diǎn)研究等離子體的理論系統(tǒng)掌握分析等離子體，重點(diǎn)研究等離子體的理論中的粒子軌道理論，尤其對(duì)各種漂移的分析。中的粒子軌道理論，尤其對(duì)各種漂移的分析。u研究意義研究意義: : 等離子體等離子體基本理論是基本

2、理論是涉及等離子體物理與應(yīng)用、熱涉及等離子體物理與應(yīng)用、熱力學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理乃至相關(guān)平衡等眾多學(xué)科門類統(tǒng)計(jì)物理乃至相關(guān)平衡等眾多學(xué)科門類的的交叉學(xué)科，通過(guò)研究它提高了物理的綜合應(yīng)用能力，綜述交叉學(xué)科，通過(guò)研究它提高了物理的綜合應(yīng)用能力，綜述能力，最重要對(duì)占能力，最重要對(duì)占整個(gè)宇宙的整個(gè)宇宙的9090以上以上的等離子體有系統(tǒng)的等離子體有系統(tǒng)的掌握！的掌握！論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容u1： 等離子體概念等離子體概念u2： 等離子體的發(fā)展簡(jiǎn)史等離子體的發(fā)展簡(jiǎn)史 u3： 等離子體分類等離子體分類u4： 常見等離子體常見等離子體 u5： 等離子體的研究等離子體的研究 u6

3、: 等離子體物理學(xué)理論等離子體物理學(xué)理論 u7: 等離子的應(yīng)用及發(fā)展前景等離子的應(yīng)用及發(fā)展前景 u8： 結(jié)論結(jié)論一一 等離子體概念等離子體概念從廣義上講從廣義上講： 等離子體是泛指一些具有足夠的能量自由帶電粒子，等離子體是泛指一些具有足夠的能量自由帶電粒子，其運(yùn)動(dòng)以受電磁場(chǎng)力作用為主的物質(zhì)。如：半導(dǎo)體、其運(yùn)動(dòng)以受電磁場(chǎng)力作用為主的物質(zhì)。如：半導(dǎo)體、電解液。電解液。從狹義上講從狹義上講： 等離子體是普通氣體溫度升高時(shí)，氣體粒子的熱運(yùn)等離子體是普通氣體溫度升高時(shí)，氣體粒子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，使粒子之間發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，大量原子或分子動(dòng)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(wàn)

4、開到中的電子被撞掉，當(dāng)溫度高達(dá)百萬(wàn)開到1億開，所有氣億開，所有氣體原子全部電離。體原子全部電離。 把這種高度電離的，宏觀上呈中性的氣體把這種高度電離的，宏觀上呈中性的氣體叫等離子叫等離子體。體。 等離子體是物質(zhì)第四態(tài)等離子體是物質(zhì)第四態(tài)固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度00C1000C100000C二二等離子體的發(fā)展簡(jiǎn)史等離子體的發(fā)展簡(jiǎn)史 u-19世紀(jì)世紀(jì)30年代起年代起n放電管中電離氣體，現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)；放電管中電離氣體，現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)；n建立等離子體物理基本理論框架。建立等離子體物理基本理論框架。u-20世紀(jì)世紀(jì)50年代起年代起n受控?zé)岷司圩?；受控?zé)岷司圩?；n空間技術(shù)；空間技術(shù)；n等

5、離子體物理成為獨(dú)立的分支學(xué)科。等離子體物理成為獨(dú)立的分支學(xué)科。u-20世紀(jì)世紀(jì)80年代起年代起n氣體放電和電弧技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用；氣體放電和電弧技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用；n低溫等離子體物理發(fā)展。低溫等離子體物理發(fā)展。按按電離度電離度分為分為完全電離等離子體完全電離等離子體部分電離等離子體部分電離等離子體部分電離等離子體部分電離等離子體610.011100.01 三三.等離子體等離子體分類分類四四.常見等離子體常見等離子體A.A.地球上的人造的等離子體地球上的人造的等離子體u 日常生活：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發(fā)生器等；日常生活：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發(fā)生器等；u 工業(yè)應(yīng)用：等離子體刻蝕

6、、鍍膜、噴涂、燒結(jié)、冶煉等；工業(yè)應(yīng)用：等離子體刻蝕、鍍膜、噴涂、燒結(jié)、冶煉等；u 高技術(shù)應(yīng)用：氫彈、離子源、飛行器鞘套與尾跡等。高技術(shù)應(yīng)用：氫彈、離子源、飛行器鞘套與尾跡等。B.B.由地球表面向外天然等離子體由地球表面向外天然等離子體u 大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)日冕、太陽(yáng)內(nèi)部大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)日冕、太陽(yáng)內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)等。、星際空間、星云及星團(tuán)等。、數(shù)值計(jì)算：為求出非線性偏微分方程為求出非線性偏微分方程的的解析解，數(shù)值計(jì)解析解，數(shù)值計(jì)算在等離子體研究中的作用越來(lái)越大算在等離子體研究中的作用越來(lái)越大。六等離子體物理學(xué)理論六等離子體物理學(xué)理論【1 1

7、】粒子軌道理論粒子軌道理論【2 2】磁流體力學(xué)磁流體力學(xué) 【3 3】等離子體動(dòng)力論等離子體動(dòng)力論統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法1.1.粒子軌道理論粒子軌道理論 等離子體的等離子體的溫度較高溫度較高、密度較低密度較低、粒子間的碰撞較粒子間的碰撞較少，略去粒子間的相互作用，感應(yīng)場(chǎng)是小量；少，略去粒子間的相互作用，感應(yīng)場(chǎng)是小量；若認(rèn)為是若認(rèn)為是無(wú)碰撞的無(wú)碰撞的，則等離子體可視為大量獨(dú)立的帶電粒子的集，則等離子體可視為大量獨(dú)立的帶電粒子的集合。合。 從單個(gè)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，從單個(gè)帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，求其求其運(yùn)動(dòng)軌道來(lái)描述等離子體，這運(yùn)動(dòng)軌道來(lái)描述等離子體，這為為單粒子模型，單粒子模型，

8、該該理論稱理論稱為為粒子軌道理論粒子軌道理論。帶電粒子在帶電粒子在均勻恒定磁場(chǎng)均勻恒定磁場(chǎng)中中一部分一部分: :沿磁力線的沿磁力線的勻速直線勻速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)一部分一部分: :繞磁力線的繞磁力線的勻速圓周勻速圓周運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 回旋運(yùn)動(dòng)回旋運(yùn)動(dòng). . （如右圖所示）（如右圖所示）1.11.1帶電粒子在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 如果除磁場(chǎng)外，還有其他外如果除磁場(chǎng)外，還有其他外力力F，則粒子除沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)外，則粒子除沿磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)外,在在垂直磁場(chǎng)方向，一面作回旋運(yùn)動(dòng)垂直磁場(chǎng)方向，一面作回旋運(yùn)動(dòng)，一面作漂移運(yùn)動(dòng)，一面作漂移運(yùn)動(dòng)。注注：漂移運(yùn)動(dòng)是拉莫爾圓的圓心漂移運(yùn)動(dòng)是拉莫爾圓的圓心垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)。

9、垂直于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)。 （如右圖所示）（如右圖所示）1.11.1.1帶電粒子在帶電粒子在電電均勻恒定磁場(chǎng)均勻恒定磁場(chǎng)中中電漂移速度電漂移速度為為： 正負(fù)帶電粒子都以相正負(fù)帶電粒子都以相同的速度朝同一方向漂移同的速度朝同一方向漂移，不會(huì)引起電荷分離，就，不會(huì)引起電荷分離，就沒有沒有漂移電流漂移電流（如圖（如圖)。B.B. 在均勻恒定磁場(chǎng)中重力漂移在均勻恒定磁場(chǎng)中重力漂移u漂移速度為漂移速度為u如果如果F=mg，則重力漂移速，則重力漂移速度為度為 : : 產(chǎn)生電荷分離，引起漂產(chǎn)生電荷分離，引起漂移電流移電流( (如圖如圖) )1.11.12 2非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)A.A.梯度漂移梯度漂

10、移梯度漂移速度為梯度漂移速度為： 正負(fù)電荷沿相反方向漂正負(fù)電荷沿相反方向漂移，移，導(dǎo)致電荷分離導(dǎo)致電荷分離，引起漂引起漂移電流。移電流。 梯度漂移梯度漂移B.B. 曲率漂移曲率漂移u由一般力場(chǎng)的漂移公式得漂由一般力場(chǎng)的漂移公式得漂移速度移速度為：為：u正負(fù)帶電粒子朝相反的方向正負(fù)帶電粒子朝相反的方向漂移，導(dǎo)致電荷分離，且產(chǎn)漂移，導(dǎo)致電荷分離，且產(chǎn)生漂移電流生漂移電流（如右圖）。（如右圖）。 1 11.3非均勻電場(chǎng)中的極化漂移非均勻電場(chǎng)中的極化漂移u非均勻電場(chǎng)漂移速度為非均勻電場(chǎng)漂移速度為u漂移速度漂移速度與粒子種類有關(guān)，則與粒子種類有關(guān)，則造成電荷分離，造成電荷分離，有有漂移電流漂移電流（如（

11、如右圖）右圖） 。2.2.磁流體力學(xué)磁流體力學(xué)（1 1）磁流體力學(xué)磁流體力學(xué)磁流體動(dòng)力學(xué)磁流體動(dòng)力學(xué)：導(dǎo)電流體與磁場(chǎng)導(dǎo)電流體與磁場(chǎng) 相互作用的動(dòng)力學(xué)或運(yùn)動(dòng)規(guī)律相互作用的動(dòng)力學(xué)或運(yùn)動(dòng)規(guī)律。磁流體力磁流體力學(xué)磁流（2）磁）磁流體力流體力學(xué)學(xué) 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容1.磁場(chǎng)力對(duì)流體的作用磁場(chǎng)力對(duì)流體的作用；2.通過(guò)磁場(chǎng)力來(lái)考察磁場(chǎng)對(duì)靜止或理想通過(guò)磁場(chǎng)力來(lái)考察磁場(chǎng)對(duì)靜止或理想導(dǎo)電流體的約束機(jī)制導(dǎo)電流體的約束機(jī)制；3.磁場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)電流體定常運(yùn)動(dòng)的影響磁場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)電流體定常運(yùn)動(dòng)的影響；4.磁流體動(dòng)力學(xué)波磁流體動(dòng)力學(xué)波；3.等離子體動(dòng)力論等離子體動(dòng)力論u等離子體動(dòng)力論等離子體動(dòng)力論是等離子體非平衡態(tài)的統(tǒng)計(jì)是等離子體非

12、平衡態(tài)的統(tǒng)計(jì)理論。理論。u等離子體等離子體存在廣泛。它很容易受外界干擾存在廣泛。它很容易受外界干擾，常處于非熱動(dòng)平衡狀態(tài)。對(duì)它的現(xiàn)象、規(guī)律的常處于非熱動(dòng)平衡狀態(tài)。對(duì)它的現(xiàn)象、規(guī)律的研究嚴(yán)格的是等離子體動(dòng)力論研究嚴(yán)格的是等離子體動(dòng)力論。七七.等離子的應(yīng)用等離子的應(yīng)用1.1.等離子體冶煉等離子體冶煉2.2.等離子體噴涂等離子體噴涂3.3.等離子體焊接等離子體焊接4.4.等離子體刻蝕等離子體刻蝕5.5.等離子體隱身等離子體隱身6.6.等離子體核聚變等離子體核聚變八八.總結(jié)及總結(jié)及發(fā)展前景發(fā)展前景u作為宇宙中存在最廣泛的等離子體，其密度范作為宇宙中存在最廣泛的等離子體，其密度范圍很寬。圍很寬。 A.稀薄稀薄等離子體，等離子體，采用單粒子軌道理論研究采用單粒子軌道理論研究； B.稠密等離子體稠密等離子體，采用，采用統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法和磁流體和磁流體力學(xué)兩種方法力學(xué)兩種