等離子發生器等離子體概述

2020-12-12 騰訊網

等離子體是物質存在的第四種狀態。通常情況下物質有三種狀態:氣態、液 態、固態。在一定溫度和壓力下三態可以互相轉化。但在一定條件下， 如加熱、 放電等，氣體分子會發生解離、電離等過程，當產生的帶電粒子密度達到一定數 值時，物質狀態就會出現新的變化，這時的電離氣體已經不再是原來的氣體了， 人們把這時的狀態稱為等離子體態。

1.1.1 等離子發生器等離子體定義

什麼是等離子發生器的等離子體?早期的定義為包含足夠多的正負電荷數目近於相等的帶電 粒子的物質聚集狀態。當然，在這個定義下也包含了固態等離子體和液態等離子體。晶格中正離子與自由電子組合或半導體中電子與空穴的組合等為固態等離子體。電解質溶液中正負離子的組合為液態等離子體。1994年國家自然科學基金委 員會在「等離子體物理學發展戰略調研報告」中提出等離子體是由大量帶電粒子組成的非凝聚系統。報告強調了等離子體的非凝聚系統屬性，排除了單純的固態 和液態。因此，等離子體是指在宏觀上呈電中性的電離態氣體，是電子、離子、 自由基和各種活性基團等粒子組成的集合體。其中正電荷總數和負電荷總數在數值上相等，故稱為等離子體。此等離子體定義既強調了等離子體微觀上的電離屬性，又強調了等離子體宏觀上的電中性。

作為具有一定電離度的氣體等離子體和普通氣體的主要區別在於組成和性質。組成上普通氣體是由電中性的分子或原子組成，而等離子體是由帶電粒子和中性粒子組成的集合體。性質上等離子體是一種導電流體，但在宏觀尺度上維 持電中性，其帶電粒子間存在庫侖力，運動行為會受到磁場影響或支配。

1.1.2等離子發生器等離子體發生

日常生活環境中因不具備等離子體產生的條件而使人們對等離子感到陌生。事實上，在一些特定的環境下是能看到自然界的等離子體現象的，如閃電、 極光等。在宇宙中，99%以上的物質均是以等離子體狀態存在的，如太陽等恆星。 在實驗條件下產生等離子體的方法很多，最重要和最普遍的方法就是氣體放電法。 近年來，隨著等離子體技術的成熟，大氣壓下氣體放電逐步發展起來，相比於低氣壓氣體放電，大氣壓氣體放電無需複雜的真空系統，使費用大大降低。目前， 實驗室中常用的大氣壓氣體放電有輝光放電（glow discharge)、介質阻擋放電(dielectric barrier discharge）、電暈放電(corona discharge）、滑動弧放電(gliding arc discharge）、火花放電（spark discharge）、射頻等離子體（radio-frequency plasma) 及微波等離子體（microwave plasma）。

1.1.3等離子體分類

等離子發生器等離子體按照不同的標準可分成不同種類。按存在方式分類可分為天然等離子體與人工等離子體。宇宙中99%以上的物質是以等離子體狀態存在的，稱為天然等離子體。如恆星星系、星雲，地球附近 的閃電、極光、電離層等。人工等離子體如日光燈、霓虹燈中的放電等離子體， 等離子體炬中的電弧放電等離子體，氣體雷射器及各種氣體放電中的電離氣體。

按電離度分類可分為完全電離等離子體(α=1)和強電離等離子體(1>α>0.01）以及弱電離等離子體（α

按粒子密度分類可分為緻密等離子體（粒子密度n為10^5~18cm-3）和稀薄等離子體（粒子密度n為10^12~14 cm-3）。

按熱力學平衡分類可分為完全熱力學平衡等離子體、局部熱力學平衡等離子體和非熱力學平衡等離子體。完全熱力學平衡等離子體（高溫等離子體)，體系中 電子溫度T。和離子溫度T以及氣體溫度T完全一致，如太陽內部和核聚變。局 部熱力學平衡等離子體（熱等離子體），因等離子體中各物種溫度一般很難達到完 全的熱力學一致性，當其電子溫度、離子溫度和氣體溫度局部達到熱力學一致 性，即Te=Tg=3×10^6～3×10^8K時，稱其為局部熱力學平衡等離子體，如高頻等離子體、電弧等離子體等。非熱力學平衡等離子體（冷等離子體或低溫等離子體)，等離子體內部的電子溫度高達上萬開爾文，而離子溫度和氣體溫度接近室溫， 即Te>Ti≈=Tg，從而形成了熱力學上的非平衡性。

等離子清洗機等離子發生器

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