1、LOGO-指導教師：指導教師：等離子體基本理論的等離子體基本理論的認識認識n班級：物理學（）班班級：物理學（）班n學生：學生：n學號：學號：研究概述研究概述u研究背景研究背景: : 等離子體研究領域對人類面臨的能源、材料、信息等離子體研究領域對人類面臨的能源、材料、信息及及環保等許多全局性問題解決具有重大意義。環保等許多全局性問題解決具有重大意義。u研究目標研究目標: : 系統掌握分析等離子體，重點研究等離子體的理論系統掌握分析等離子體，重點研究等離子體的理論中的粒子軌道理論，尤其對各種漂移的分析。中的粒子軌道理論，尤其對各種漂移的分析。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用、熱涉及等離子體物理與應用、熱力學、力學、電磁學、電磁學、統計物理乃至相關平衡等眾多學科門類統計物理乃至相關平衡等眾多學科門類的的交叉學科，通過研究它提高了物理的綜合應用能力，綜述交叉學科，通過研究它提高了物理的綜合應用能力，綜述能力，最重要對占能力，最重要對占整個宇宙的整個宇宙的9090以上以上的等離子體有系統的等離子體有系統的掌握！的掌握！論文的結構和主要內容論文的結構和主要內容u1： 等離子體概念等離子體概念u2： 等離子體的發展簡史等離子體的發展簡史 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、: 等離子體物理學理論等離子體物理學理論 u7: 等離子的應用及發展前景等離子的應用及發展前景 u8： 結論結論一一 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，其運動以受電磁場力作用為主的物質。如：半導體、其運動以受電磁場力作用為主的物質。如：半導體、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，氣體粒子的熱運等離子體是普通氣體溫度升高時，氣體粒子的熱運動加劇，使粒子之間發生強烈碰撞，大量原子或分子動加劇，使粒子之間發生強烈碰撞，大量原子或分子中的電子被撞掉，當溫度高達百萬

4、開到中的電子被撞掉，當溫度高達百萬開到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。 等離子體是物質第四態等離子體是物質第四態固體 冰液體 水氣體 水汽等離子體 電離氣體溫度00C1000C100000C二二等離子體的發展簡史等離子體的發展簡史 u-19世紀世紀30年代起年代起n放電管中電離氣體，現象的認識；放電管中電離氣體，現象的認識；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世紀世紀50年代起年代起n受控熱核聚變；受控熱核聚變；n空間技術；空間技術；n等

5、離子體物理成為獨立的分支學科。等離子體物理成為獨立的分支學科。u-20世紀世紀80年代起年代起n氣體放電和電弧技術發展的應用；氣體放電和電弧技術發展的應用；n低溫等離子體物理發展。低溫等離子體物理發展。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、臭氧發生器等；日常生活：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發生器等；u 工業應用：等離子體刻蝕

6、、鍍膜、噴涂、燒結、冶煉等；工業應用：等離子體刻蝕、鍍膜、噴涂、燒結、冶煉等；u 高技術應用：氫彈、離子源、飛行器鞘套與尾跡等。高技術應用：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 大氣外側的電離層、日地空間的太陽風、太陽日冕、太陽內部大氣外側的電離層、日地空間的太陽風、太陽日冕、太陽內部、星際空間、星云及星團等。、星際空間、星云及星團等。、數值計算：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，數值計解析解，數值計算在等離子體研究中的作用越來越大算在等離子體研究中的作用越來越大。六等離子體物理學理論六等離子體物理學理論【1 1

7、】粒子軌道理論粒子軌道理論【2 2】磁流體力學磁流體力學 【3 3】等離子體動力論等離子體動力論統計方法統計方法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，感應場是小量；少，略去粒子間的相互作用，感應場是小量；若認為是若認為是無碰撞的無碰撞的，則等離子體可視為大量獨立的帶電粒子的集，則等離子體可視為大量獨立的帶電粒子的集合。合。 從單個帶電粒子在電磁場中的運動方程出發，從單個帶電粒子在電磁場中的運動方程出發，求其求其運動軌道來描述等離子體，這運動軌道來描述等離子體，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均勻恒定磁場中中一部分一部分: :沿磁力線的沿磁力線的勻速直線勻速直線運動運動一部分一部分: :繞磁力線的繞磁力線的勻速圓周勻速圓周運動運動 回旋運動回旋運動. . （如右圖所示）（如右圖所示）1.11.1帶電粒子在外磁場中的運動帶電粒子在外磁場中的運動 如果除磁場外，還有其他外如果除磁場外，還有其他外力力F，則粒子除沿磁場運動外，則粒子除沿磁場運動外,在在垂直磁場方向，一面作回旋運動垂直磁場方向，一面作回旋運動，一面作漂移運動，一面作漂移運動。注注：漂移運動是拉莫爾圓的圓心漂移運動是拉莫爾圓的圓心垂直于磁場的運動。

9、垂直于磁場的運動。 （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均勻恒定磁場中中電漂移速度電漂移速度為為： 正負帶電粒子都以相正負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，不會引起電荷分離，就，不會引起電荷分離，就沒有沒有漂移電流漂移電流（如圖（如圖)。B.B. 在均勻恒定磁場中重力漂移在均勻恒定磁場中重力漂移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 : : 產生電荷分離，引起漂產生電荷分離，引起漂移電流移電流( (如圖如圖) )1.11.12 2非均勻磁場中的運動非均勻磁場中的運動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： 正負電荷沿相反方向漂正負電荷沿相反方向漂移，移，導致電荷分離導致電荷分離，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由一般力場的漂移公式得漂由一般力場的漂移公式得漂移速度移速度為：為：u正負帶電粒子朝相反的方向正負帶電粒子朝相反的方向漂移，導致電荷分離，且產漂移，導致電荷分離，且產生漂移電流生漂移電流（如右圖）。（如右圖）。 1 11.3非均勻電場中的極化漂移非均勻電場中的極化漂移u非均勻電場漂移速度為非均勻電場漂移速度為u漂移速度漂移速度與粒子種類有關，則與粒子種類有關，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.磁流體力學磁流體力學（1 1）磁流體力學磁流體力學磁流體動力學磁流體動力學：導電流體與磁場導電流體與磁場 相互作用的動力學或運動規律相互作用的動力學或運動規律。磁流體力磁流體力學磁流（2）磁）磁流體力流體力學學 研究內容研究內容1.磁場力對流體的作用磁場力對流體的作用；2.通過磁場力來考察磁場對靜止或理想通過磁場力來考察磁場對靜止或理想導電流體的約束機制導電流體的約束機制；3.磁場力對導電流體定常運動的影響磁場力對導電流體定常運動的影響；4.磁流體動力學波磁流體動力學波；3.等離子體動力論等離子體動力論u等離子體動力論等離子體動力論是等離子體非平衡態的統計是等離子體非

12、平衡態的統計理論。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，常處于非熱動平衡狀態。對它的現象、規律的常處于非熱動平衡狀態。對它的現象、規律的研究嚴格的是等離子體動力論研究嚴格的是等離子體動力論。七七.等離子的應用等離子的應用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.總結及總結及發展前景發展前景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，采用統計力學方法統計力學方法和磁流體和磁流體力學兩種方法力學兩種