等离子体物理
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇等离子体物理范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
等离子体物理范文第1篇
本书共有9章：1.引言，包括本书的目标、天体物理学中的等离子体、电磁场与电磁波、横向与纵向电磁场、真空中的电磁场、等离子体中的电磁波、平面等离子体波的电磁分量、带电粒子的运动；2.等离子体描述与等离子体模型，包括分布函数与矩、从单个粒子到动理学的描述、数值方法、流体编码、混合编码；3.磁化等离子体，包括理想电磁流体力学（MHD）、建立MHD模型、量纲分析与等离子体特征尺度；4.碰撞单个粒子到支理学的描述无碰撞，包括等离子体物理中碰撞的概念，有平均自由程、德拜长度、克努森数等；损耗的概念，有能量转移与损耗、可反转性、熵等；5.等离子体中的波，包括MHD波、波引起的输送、高频率波、哨声模式、流体理论中的碰撞阻尼、无碰撞阻尼、不稳定性；6.非线性效应、激波与湍流，包括无碰撞激波与间断、湍流、非线性动力学物理； 7.流动与粒子加速过程，包括流加速、文丘里效应、恒星风、磁重联、磁层中的动力加速；8.宇宙射线的加速与迁移，包括磁场：迁移阻碍、宇宙射线的迁移方程、宇宙射线的费米加速等；9.动理学流体二重性（The Kinetic Fluid Duality），包括太阳风与行星风膨胀、小幅弹道波动、大幅弹道波动等。
附录：1.符号，包括1.1向量与张量；1.2导数；1.3符号列表。2.渐近展开与绝热不变量，包括2.1多尺度展开；2.2绝热不变量；2.3引导中心方程的推导扩展。3.福克-普朗克方程，首阶项。
本书由五位作者共同撰写，其中第1作者Gerard Belmont是无碰撞介质及其在流体理论与动力学理论上的描述方面的专家；第2作者Roland Grappin主要致力于流体与等离子体中的湍流、太阳风的动力学以及日冕与过渡区等天文学方面的研究；第3作者Fabrice Mottez专注于无碰撞太空等离子体、地球与木星磁气层、基础等离子体物理与数值模拟。
本书简单易懂，意在成为等离子物理方面的教科书。虽然书中例子大多是空间物理或太阳风领域，但概念是通用的，实验室等离子体，特别是核聚变磁约束方面的研究者，也适合阅读本书。
等离子体物理范文第2篇
摘要:
应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法，研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响，提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制，给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程，并进行了数值模拟．研究发现:散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级，半径增大1mm．激光最大功率密度被限制在1018W/m2以下，随传输距离增大缓慢衰减．传输初始阶段，单脉冲衰减能量较散射前增大2%，之后衰减较平缓．通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率，能有效地增加电子密度峰值，有利于等离子体通道的形成．并对所的结论给出了初步物理解释．
关键词:
等离子体;超强飞秒激光;等离子体通道;电子密度峰值;自聚焦;非线性Compton散射
1引言
由于超强超短激光脉冲与空气作用产生的等离子体通道具有很强的导电特性［1］，在高压放电控制［2］、质子加速［3］、激光自聚焦和自成丝［4］、等离子体通道天线设计［5］等方面具有重要应用，因此已成为近几年来人们研究的热点［6－10］．目前，已提出等离子体通道形成机制的3个模型:运动焦点模型、自引导模型和空间动态补偿模型［11］．Theberge等［12，13］指出，一定条件下激光可延长等离子体通道寿命．王海涛等［14］指出，不同形式和注入时间的激光脉冲对高密度等离子体通道有较大影响．等［15］指出，相对论效应使等离子体中激光脉冲自聚焦效应减缓，Compton散射能加速自聚焦效应．刘勇等［16］指出，横等离激元与对离子等离子体非线性作用产生的坍塌将产生小尺度密度空穴．张宁等［17］指出，激光波长，单脉冲能量、脉宽和束腰半径等对等离子体通道有显著影响．郝东山［18］提出了将Compton散射光作为改变等离子体电子密度峰值的新机制．近期，等［19］指出，Compton散射是影响等离子体辐射阻尼和通道寿命的关键因素之一．应指出，在对超强激光等离子体通道演化的研究中，以上研究并未考虑非线性Compton散射因素．实验表明［20］:等离子体内光强达1016W/cm2量级时，非线性Compton散射开始显现．可见，该散射对等离子体通道的影响是不能忽略的．本文基于多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法，讨论了Compton散射对等离子体通道演化的影响．
2理论分析
若激光脉冲与等离子体作用发生多光子非线性Compton散射(简称散射)，则散射光频为［19］η=|γ－γf|/(γ－1)为散射非弹性参量，γ=［1－(υc－1)2］－1/2=(1－β2)－1/2和γf=［1－(υc－1)2］－1/2=(1－β2f)－1/2、υ和υf分别为电子散射前后洛仑兹因子、速度;θ为电子和光子运动方向夹角;θ'1和θ'为电子静止系中电子与散射光子运动方向夹角和光子散射角;N、c、m、h=2π别为与电子同时作用光子数、真空中光速、电子静质量、普朗克常数．入射光和散射光形成的耦合光在等离子体中传输时，散射光必然引起等离子体参数变化．耦合超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播演化过程可用非线性薛定谔方程描述为式中，A和k及ΔA和Δk为入射激光场和波束及其扰动;α1、α2、α3及Δα1、Δα2、Δα3分别为衍射和色散等线性项展开系数及相应扰动;n0、Ui0n、n2和Δn2分别为线性折射率、特征分子能量、非线性折射率及其扰动;ωp=(4πq2n/m)1/2和Δωp=(4πq2Δn/m)1/2为等离子体频率及其扰动，n和ν及Δn和Δν为电子密度和碰撞频率及其相应扰动;χ、Q和ΔQ分别为线性极化率、无量纲拉曼振荡函数及其扰动;δn为等离子体密度扰动;式两端第二项为散射扰动项．对空气中传输激光，n0=(1+4πχ)1/2≈1，则χ=0．因散射效应主要使等离子体中非线性成分增大，故式(2)线性项及扰动可用经典模型取代［21］，即一阶导数系数为0，二阶导数项为kk'2A/c2t2+Δkk'2A/c2t2+(kΔk'2A/c2t2+kk'2ΔA/c2t2)，其中k'和Δk'为群速色散系数及其扰动．等式右端为非线性项及其扰动，包括Kerr效应、电子相对论效应、等离子体波、激光能损和分子受激拉曼散射等．可见，散射使使等离子体中线性成分略有增大．非线性显著增大．因A对传输方向z的二阶导数远小于一阶导数，故可得近似计算模型为式两端第二项为散射扰动项．对式(3)做柱坐标(r，φ，z)变换．设耦合激光为在空气中准直传输的高斯脉冲，且忽略其在φ方向的变化，则式(3)可写作其中A0=(2p0/πr20)1/2和ΔA0≈(2Δp0/πr20)1/2、r0和τc、p0和Δp0分别为散射前激光电场振幅及其扰动、耦合激光束腰半径和脉宽、功率及其扰动．多光子电离中电子数密度随时间的演化为式两端第二项为散射扰动项;μ和Δμ、K、nat分别为多光子电离引起的离焦效应系数及其扰动、光子数、空气中性分子密度．
3数值模拟结果及讨论
散射前后单脉冲输入能量与功率及扰动E0=p0τ0(π/2)1/2和ΔE0=(Δp0τ0+p0Δτ0)(π/2)1/2，发生自聚焦时耦合功率大于临界功率pcr≈(λ20+2λ0Δλ0)/2πn2．以紫外光为例进行数值模拟．选取激光脉冲参数:r0=3.1mm和Δr0=－0.1mm;τ0=130fs和Δτ0=－10fs;峰值功率密度及扰动为I0=4.5×1020W/m2和ΔI0=0.5×1020W/m2;波长及其扰动λ0=248nm和Δλ0=－8nm;n2=7.5×10－23m2/W和Δn2=0.5×10－23m2/W;μ(3)=10－29m2k－3•W1－k和Δμ(3)=1×10－30m2k－3•W1－k;k'=1.21×10－28s2/m和Δk'=－0.21×10－28s2/m;多光子电离中吸收光子数K=3;自聚焦临界功率及其扰动pcr0=0.12GW和Δpcr0=－0.039GW．电子密度径向分布随传输方向变化关系如图1所示．由图1知，中心轴上电子密度峰值在1024/m3量级，半径约为0.4mm．与散射前相比，密度峰值增大1个量级，半径增大1mm．这是由于散射使等离子体中的粒子碰撞频率增大，电子纵向动量(或速度)各向异性分布加剧，产生的自生磁场使电子纵向动量(或速度)增大的缘故．激光强度通量径向分布随传输距离的变化关系如图2所示．由图2知，与散射前相比，激光强度通量横向分布的宽度明显缩小，激光能量的横向成丝现象增强．这是由于散射使激光中的非线性成分明显增大，横等离激元与等离子体的非线性作用中形成的坍塌效应在小尺度密度空穴区域内产生了更强的电场，该电场的电场强度加速了等离子体中的非线性发展的缘故．不同传输距离处激光强度通量截面图如图3所示．由图3知，与散射前相比，激光能量较快地衰减，向两侧的分裂加剧．这是由于散射使等离子体中的电子密度发生了剧烈的变化，电子速度(或动量)的横向各向异性分布加剧，使横等离激元调制不稳定性加剧，从而导致横等离激元与等离子体非线性作用时的坍塌加剧的缘故．激光最大功率密度随传输距离变化关系如图4所示．由图4知，与散射前相比，最大功率密被限制在1018W/m2以下，随传输距离增大缓慢下降．这是由于散射使等离子体中有较多粒子发生了二级和三级电离，从而消耗了更多能量的缘故．单脉冲能量随传输距离变化关系如图5所示．由图5知，单脉冲能量传输初始阶段下降较快，之后下降较平缓，传输5米后，大约衰减了12%．与散射前相比，衰减能量约增加2%．这是因超强短脉冲激光在空气中传播的初始阶段就发生了非线性Compton散射，使局部空气迅速形成了等离子体，之后阶段形成等离子体几率大大减小的缘故。
4结论
本文基于多光子非线性Compton散射模型，研究了超强激光等离子体中激光能量变化对等离子体通道的影响．结果表明:散射使等离子体中电子密度峰值显著增大，自聚焦效应增强，激光最大功率密度随传输距离增大衰减较慢．采用超强激光脉冲在空气中能形成自聚焦传输，通过增加输入功率或能量，能有效增加电子密度峰值，有利于自聚焦和等离子体通道的形成，为今后等离子体通道的应用提供了一种简单易行的技术途径．
参考文献:
［3］［夏新仁，王守杰，金贤龙，等.新概念激光等离子体通道天线的研究［J］.中国电子科学院学报，2011，6(2):147］
［8］［禹定臣，郝晓飞，郝东山.Comp-ton散射下等离子体交叉相位调制不稳定性增益谱［J］.原子与分子物理学报，2013，30(1):167］
［9］［刘经天，郝东山.Compton散射下离子初始速度对等离子鞘层厚度的影响［J］.原子与分子物理学报，2014，31(3):443］
［10］［高海林，郝东山.超强激光照射三维时变等离子体散射新机制［J］.原子与分子物理学报，2014，31(5):759］
［13］［陈文，范承玉，王海涛，等.超短脉冲激光产生等离子体通道寿命研究［J］.强激光与粒子束，2013，25(4):813］
［14］［王海涛，范承玉，沈红，等．飞秒光丝中等离子体密度时间演化特征［J］.强激光与粒子束，2012，24(5):1024］
［15］［郝东山.Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响［J］.光学技术，2014，40(1):50］
［16］［刘勇，刘三秋.横等离激元与对等离子体的非线性作用［J］.核聚变与等离子体物理，2011，31(1):19］
［17］［张宁，金韬，邓圆.空气中激光等离子体通道的演变和控制［J］.强激光与粒子束，2010，22(8):1939］
［18］［郝东山.康普顿散射对飞秒光丝中等离子体密度时演特性的影响［J］.中国激光，2014，41(5):0505002］
［19］［郝东山.Compton散射对激光等离子体通道寿命的影响［J］.原子与分子物理学报，2015，32(1):125］
等离子体物理范文第3篇
摘要:
采用单粒子模型数值研究了尘埃粒子在等离子体磁鞘中的运动．鞘层模型包含热电子、冷离子、中性粒子和尘埃粒子．等离子体磁鞘结构与无外加磁场的鞘层相比较其结构不同，数值模拟工作研究了尘埃粒子在有磁场的等离子体鞘层中的运动特性，讨论了尘埃粒子初始位置、初始速度对尘埃粒子运动状态的影响．模拟结果显示在等离子体磁鞘中，磁场能够调节尘埃粒子与基板间的距离，使尘埃粒子偏移远离基板．
关键词:
尘埃粒子;磁场;等离子体鞘层
0引言
近年来，随着等离子体材料加工技术的广泛应用，尘埃等离子体物理［1-18］倍受关注，成为比较活跃的一个研究领域．在半导体器件刻蚀、薄膜沉积等工艺中，在放电器壁或材料表面的等离子体鞘层区域不可避免地会产生尘埃粒子．这些尘埃粒子常常聚集在鞘层区域，污染被加工的材料，严重地影响加工产品的质量．因此，为了控制消除等离子体鞘层中尘埃粒子，必须了解尘埃粒子在鞘层中的运动特性．带电的尘埃粒子与其它粒子相比，其具有比较可观的质量和电量，因此在研究尘埃粒子的运动过程中需要考虑到静电力、重力、中性气体粘滞力和洛仑兹力等．许多研究工作［1-5］研究了尘埃粒子在无外加磁场作用下的等离子体边界鞘层中的受力、输运以及分布等情况．2000年Liu等人［1］分别使用单粒子模型和流体模型研究了鞘层中的尘埃粒子特性．结果显示尘埃粒子在鞘层中的密度分布曲线出现了震荡，携带负电荷的尘埃粒子可以悬浮在鞘层内，位置由粒子的大小和受力等因素决定．同年，刘德泳等人［2］使用动力学方法研究了尘埃粒子在直流辉光放电的阴极鞘层中的运动状况，并讨论了尘埃粒子的电量、受力及悬浮位置等．2007年段萍等人［3］采用柱槽状电极的流体模型，数值模拟了等离子体鞘层及尘埃粒子的分布结构．2010年刘金远等人［4］数值研究了磁约束聚变环境中尘埃粒子的带电、运动及温度特性．2012年吴静等人［5］采用稳态无碰撞的尘埃等离子体鞘层模型，研究了尘埃等离子体中尘埃颗粒以及其它粒子的密度分布特性．此外，还有很过研究工作［6-9］研究了无外加磁场作用下的尘埃等离子体鞘层的玻姆判据．考虑外加磁场的作用，在1999，2003两年，Baishya［10-11］在工作中采用了均由玻尔兹曼分布来描述的离子和电子密度分布．基于流体近似的研究结果表明带电尘埃粒子的存在影响了极板附近的等离子体鞘层区的形成和特性，鞘层的厚度随着磁场倾斜角度增加而增加．在2005年，奚衍斌等人［12］利用流体模型，数值模拟了在调制磁场作用下的圆柱形等离子体发生器中的电子、离子及尘埃粒子的运动情况．2006年以及2014年，我们在研究工作中［13-14］用利用流体模型数值研究了外加斜磁场中的尘埃等离子体鞘层，分析讨论了尘埃粒子密度的分布．近期国内外还有一些研究工作［15-18］利用流体模型数值研究尘埃等离子体磁鞘．2007年Duan等人［19］，使用单粒子模型数值模拟外加磁场作用下等离子体鞘层的特性，他们的研究工作只考虑了磁场对尘埃粒子的作用力，没有考虑磁场对离子流的影响，也没有讨论磁场大小对尘埃粒子的影响．本文使用单粒子模型数值研究尘埃粒子在鞘层中的运动特性．同时考虑外加磁场对离子流和尘埃的作用．详细讨论磁场大小、尘埃粒子初始位置、初始速度对尘埃粒子运动状态的影响．希望得到的结果有助于利用外加磁场调控和消除等离子体鞘层中的尘埃粒子．
1理论模型和基本方程
建立一个平板型等离子体下鞘模型，即等离子体中的基板水平放置，包含一维坐标空间三维速度空间，如图1所示．假设鞘层中含有热平衡的电子、冷的离子、中性粒子、以及带负电的尘埃粒子．外加斜磁场B位于(x，z)平面内，与x轴正方向夹角θ．磁场方向单位矢量为B^0=cosθx^+sinθz^．在鞘层边界x=0处，静电势=0．鞘层系统中的电子，处于热平衡状态，满足玻尔兹曼分布，不考虑磁场的影响［10-14，19］，电子的数密度为:ne=ne0exp(e/Te)(1)式中:Te是电子温度．冷离子的运动满足流体的连续性方程和运动方程:•(nivi)=0(2)mi(vi•)vi=－eφ+evi×B/c(3)式中:ni，mi，vi分别是离子的数密度，质量和速度．描述尘埃粒子的动力学方程为:mddvd/dt=－qd+fotx^+qdvd×B/c(4)式中:md，vd和qd分别为尘埃粒子的质量，速度以及电量．fot=fg+fn，其中fg=4πR3ρdg/3是尘埃粒子的重力，在x轴方向上，把尘埃看成是质量均匀分布的球形粒子，半径为R，ρd是尘埃物质的质量密度;fn=－6πηeffRVd是中性气体粘滞力［5-7、19］，ηeff=0．68RP/V—n，P是气体压强，V—n=(8Tn/πmn)1/2是平均热速度，Tn和mn分别是中性气体的温度和质量．尘埃表面势d=qd/R．系统满足泊松方程:2/x2=－4π［e(ni－ne)+qdδ(x)］(5)在鞘边x=0处，由准中性条件ne0=ni0．在低温等离子体中，尘埃粒子携带电荷的原因是由于收集电子和离子．尘埃粒子的充电时间非常短，在充电时间内可以忽略尘埃粒子的位移．因而，尘埃粒子稳态时静电流为零，即Ii+Ie=0(6)根据轨道理论对尘埃粒子充电的电子电流和离子电流为［5-7，19］:Ie=－neπR2e［8Te/(πme)］1/2Ke(qd)(7)Ii=πR2enivi［1－2eqd/(Rmiv2i)］(8)当qd＜0时，Ke(qd)=exp［eqd/(RTe)］;当qd＞0时，Ke(qd)=1+eqd/(RTe)．考虑鞘层厚度远远小于其它空间尺度，取物理量只有x方向的空间变化，即(/x)x^．为了简化方程，引入下列无量纲量:Φ=－e/Te，ξ=x/λD，Zd=qd/e，Φd=ed/Te，ui=vi/cis，ud=vd/cds，Ne=ne/ne0，Ni=ni/ni0，f0=zTe/λD，τ=t/τ0，τ0=λD/cds．其中:λD=(Te/4πn0e2)1/2是电子德拜长度，cis=(Te/mi)1/2为离子声速，cds=(zTe/md)1/2为尘埃粒子声速，z=RTe/e2．经过无量纲化处理，由式(1)～(8)可以得到:Ne=exp(－Φ)(9)Ni=Mi/uix(10)uixui/ξ=Φ/ξx^+γiui×B^0(11)dud/dτ=(ΦdΦ/ξ+Fot)x^+Φdγdud×B^0(12)2Φ/ξ2=Ni－Ne－zΦdΔ(ξ)(13)其中:式(10)中Mi=vix0/cis为离子马赫数，式(11)中γi=ωic/ωpi为离子回旋频率和离子等离子体频率的比值．离子回旋频率ωic=eB/mic，离子等离子体频率ωpi=(4πni0z2e2/mi)1/2．式(12)中Fot=fot/f0．γd=(zmi/md)1/2γi．由式(9)～(13)我们可以数值模拟等离子体磁鞘结构以及尘埃粒子在磁鞘中的运动情况．
2分析和讨论
在数值计算中，取氩等离子体为研究对象，等离子体浓度为n0=1015m3，Te=3eV，尘埃粒子半径为R=3×10－6m，密度为ρd=2×103kg/m3，鞘边电场取Φ/ξ|ξ=0=0．01，离子马赫数Mi=1．相应的气体压强为13．33Pa，温度为290K．图2显示了鞘层的结构，包含了无量纲化以后的电子密度、离子密度和电势的分布．与没有外加磁场的鞘层相比，磁鞘(B=0．5T，θ=30°)的结构有明显的不同［19］．由于洛伦兹力的存在，离子密度和电子密度分布曲线下降更为迅速，无量纲化电势分布曲线上升也更为迅速，鞘边的电场强度更强，作用于尘埃粒子上的电场力更大．图3显示了尘埃粒子在磁鞘中的x轴方向的运动．取尘埃粒子初始位置x0=5λD，初始速度udx0=cds．外加磁场对运动的尘埃粒子产生洛伦兹力，加上磁鞘结构的变化使尘埃粒子受到的电场力也发生改变．在合力的作用下，在x轴方向上，尘埃粒子仍能在一段时间振动之后悬浮在鞘层中某个位置．从图3可以看出，随着磁场磁感应强度增强，尘埃粒子的悬浮位置靠近鞘边，即远离基板．当磁场足够强时(B=0．6T)，尘埃粒子在合力的作用下可以离开鞘层．图4显示了θ=30°时尘埃粒子在磁鞘中的运动轨迹．对比两种状况B=0．05T和B=0．10T，随着磁场增强，尘埃粒子会远离基板．尘埃粒子在x方向振动的同时，向y轴和z轴正半轴方向产生位置的偏移，这是由于洛伦兹力的作用．磁场越强，偏移越明显．图5显示了B=0．3T，θ=30°时，尘埃粒子在磁鞘中的运动轨迹．在x轴方向尘埃粒子振动之后拥有相对固定的x轴坐标，即满足受力平衡．在洛伦兹力作用下，尘埃粒子向z轴负半轴方向漂移．同样大小的尘埃粒子在x轴方向受力平衡的位置应该相同．当在磁鞘中运动的尘埃粒子具有不同的初始位置或者不同的初始速度时，从图6和图7可以看出，大多数情况尘埃粒子还是“悬浮”于同一x轴坐标平面．但是也有例外，在图6中，当尘埃粒子离鞘边较远时会受到较大的电场力，被加速后的尘埃粒子在洛伦兹力作用下可能离开鞘层．在图7中，当具有较大初始速度时，尘埃粒子在洛伦兹力作用下可能离开鞘层．
3结论
本文建立了一个外加斜磁场作用下的等离子体鞘层模型，数值模拟了尘埃粒子在磁鞘中的运动．得到以下结论:
(1)带电的尘埃粒子在磁鞘中x轴方向受力平衡后会“悬浮”在鞘层中的某个平面，即x轴坐标固定;
(2)随着外加磁场的增强，这个“悬浮”位置将远离基板，同时尘埃粒子会在“悬浮”平面内漂移，方向由洛伦兹力决定;
(3)当尘埃粒子在鞘边具有较大速度时，在洛伦兹力的作用下，它可能离开鞘层．因此，可以利用磁场改变尘埃粒子的运动方向，使之偏移远离基板，甚至离开鞘层区域．
参考文献:
［2］刘徳泳，王德真，刘金远．尘埃粒子在直流辉光放电阴极鞘层中的运动及悬浮［J］．物理学报，2000，49(6):1094-1097．
［3］段萍，刘金远，宫野，等．等离子体鞘层中尘埃粒子的分布特性［J］．物理学报，2007，56(12):7090-7099．
［4］刘金远，陈龙，王丰，等．聚变等离子体中尘埃杂质的带电和运动特性及温度变化研究［J］．物理学报，2010，59(12):8692-8700．
［5］吴静，刘国，姚列明，等．等离子体鞘层附近尘埃颗粒特性的数值模拟［J］．物理学报，2012，61(7):075205．
［7］王正汹，刘金远，邹秀，等．尘埃等离子体鞘层的玻姆判据［J］．物理学报，2004，53(3):793-797．
［9］赵晓云，张丙开，张开银．两种带电尘埃颗粒的等离子体鞘层玻姆判据［J］．物理学报，2013，62(17):175201．
［12］奚衍斌，张宇，王晓刚，等．调制磁场清除柱形等离子体发生器中的尘埃颗粒［J］．物理学报，2005，54(1):164-172．
等离子体物理范文第4篇
等离子体（Plasma）是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，也称“电浆体”,常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。
19世纪30年代英国的M.法拉第以及其后的J.J.汤姆孙、J.S.E.汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是等离子体实验研究的起步时期。1879年英国的W.克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。美国的I.朗缪尔在1928年首先引入等离子体这个名词，等离子体物理学才正式问世。1929年美国的L.汤克斯和朗缪尔指出了等离子体中电子密度的疏密波（即朗缪尔波）。
对空间等离子体的探索，也在20世纪初开始。1902年英国的O.亥维赛等为了解释无线电波可以远距离传播的现象，推测地球上空存在着能反射电磁波的电离层。这个假说为英国的E.V.阿普顿用实验证实。英国的D.R.哈特里(1931)和阿普顿(1932)提出了电离层的折射率公式，并得到磁化等离子体的色散方程。1941年英国的S.查普曼和V.C.A.费拉罗认为太阳会发射出高速带电粒子流，粒子流会把地磁场包围，并使它受压缩而变形。
从20世纪30年代起，磁流体力学及等离子体动力论逐步形成。等离子体的速度分布函数服从福克－普朗克方程。苏联的Л.Д.朗道在1936年给出方程中由于等离子体中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。1938年苏联的A.A.符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志着动力论的发端。
1942年瑞典的H.阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。印度的S.钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。朗道的这个理论，开创了等离子体中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。
1950年以后，因为英、美、苏等国开始大力研究受控热核反应，促使等离子体物理蓬勃发展。热核反应的概念最早出现于1929年，当时英国的阿特金森和奥地利的豪特曼斯提出设想，太阳内部轻元素的核之间的热核反应所释放的能量是太阳能的来源，这是天然的自控热核反应。1957年英国的J.D.劳孙提出受控热核反应实现能量增益的条件，即劳孙判据。
环状磁约束等离子体的平衡问题由苏联的V.D.沙弗拉诺夫等解决。美国的M.克鲁斯卡和沙弗拉诺夫导出了最重要的一种等离子体不稳定性，即扭曲不稳定性的判据。1958年美国的I.B.伯恩斯坦等提出分析宏观不稳定性的能量原理。处在环状磁场中的等离子体的输运系数首先由联邦德国的D.普菲尔施等作了研究(1962)，他们给出在密度较大区的扩散系数，苏联的A.A.加列耶夫等给出了密度较小区的扩散系散(1967)，这一理论适用于托卡马克这类环状磁约束等离子体中的输运过程被命名为新经典
理论。
自从苏联在1957年发射了第一颗人造卫星以后，很多国家陆续发射了科学卫星和空间实验室，获得很多观测和实验数据，这极大地推动天体和空间等离子体物理学的发展。1959年美国的J.A.范艾伦预言地球上空存在着强辐射带，这一预言为日后的实验证实，即称为范艾伦带。1958年美国的E.N.帕克提出了太阳风模型。1974年美国的D.A.格内特根据卫星资料，证认出地球是一颗辐射星体，辐射千米波。
PDP（Plasma Display Panel）等离子显示技术
早在1964年美国伊利诺斯大学就成功研制出了等离子显示平板，但那时等离子显示器为单色。现在等离子平面屏幕技术为最新技术，而且它是高质图像和大纯平屏幕的最佳选择。大纯平屏幕可以在任何环境下看电视，等离子面板拥有一系列像素，同时这些象素又包含有三种次级象素，它们分别呈红、绿色、蓝色。在等离子状态下的气体能与每个次象素里的磷光体反应，从而能产生红、绿或蓝色。这种磷光体与用在阴极射线管(CRT)装置(如电视机和普通电脑显示器)中的磷光体是一样的，你可以由此而得到你所期望的丰富有动态的颜色，每种由一个先进的电子元件控制的次象素能产生16亿种不同的颜色，所有这些意味着你能在约不到6英寸厚的显示屏上更容易看到最佳画面。等离子显示屏PDP是一种利用气体放电的显示装置，这种屏幕采用了等离子管作为发光元件。大量的等离子管排列在一起构成屏幕。每个等离子对应的每个小室内都充有氖氙气体。在等离子管电极间加上高压后，封在两层玻璃之间的等离子管小室中的气体会产生紫外光，从而激励平板显示屏上的红绿蓝三基色荧光粉发出可见光。每个离子管作为一个像素，由这些像素的明暗和颜色变化组合，产生各种灰度和色彩的图像，与显像管发光相似。等离子体技术同其它显示方式相比存在明显的差别，在结构和组成方面领先一步。其工作机理类似普通日光灯，电视彩色图像由各个独立的荧光粉像素发光综合而成，因此图像鲜艳、明亮、干净而清晰。另外，等离子电视最突出的特点是可做到超薄，并轻易做到40英寸以上的完全平面大屏幕，而厚度不到100毫米。
PDP（Plasma Display Panel）等离子电视的优点
1．色彩更丰富：由于等离子电视是自发式的，而液晶则是透光式，像素自发光的色彩饱和度当然更好，所等离子表现出来的色彩种类也要更丰富。液晶电视大多数都是1667万种颜色，少数可以达到10.7亿色，但在等离子电视领域，1667万和10.7亿色已经算是滞后了，而86亿色也是非常常见的。虽然过多的颜色已然是超出人眼所能分辨的颜色数量，但不可否认的是，等离子电视的色彩比液晶更丰富。
2．可视角大、响应时间短：等离子具有最宽的可视角，也就是说，观众在不同的位置，看到图像的亮度、对比度和色度基本上变化不大，也更接近CRT电视机的可视角，远大于液晶电视;在显示运动图像时，等离子电视的拖尾时间短，动态清晰度高，这点同样由于液晶电视。
3．由于不采用背光源，等离子电视机的亮度是没有液晶高，但它随平均图像电平(APL)的变化而变化，对比度则是更高的，图像层次感也就更强，所能呈现的图像鲜艳、明亮而自然;色域覆盖率大，彩色还原特性好，显示图像颜色鲜艳饱和度强;全屏亮度均匀性好，且不受背光源灯寿命的限制，寿命也更长。
等离子体物理范文第5篇
【关键词】等离子体;HPM;传播特性;影响
一、引言
HPM作为一种特殊的电磁波，在其传播过程中要想提高其传播质量，满足其传播要求，就要对其概念和传播特性有全面深入的了解，并选择合适的载体进行传播。基于HPM电磁波的传播需要，等离子体对HPM传播具有较大的促进作用，从目前等离子体的发展来看，等离子体已经成为促进HPM传播的重要载体，在HPM传播过程中起到了积极的作用，保证了HPM的整体传播效果。为此，我们应对HPM和等离子体的特性有全面深入的了解，并做好HPM传播特性的研究工作。
二、HPM的定义和传播特性
电磁脉冲持续纳秒级的时间，―指单个脉冲中一个小脉冲的持续时间。
频谱范围从300MHZ到30GHZ―频谱主要分布在特高频（UHF）到超高频（SHF）间。
脉冲功率从100MW到10GW，或平均功率为1MW以上。―秒冲功率指辐射源的波峰脉冲，由于功率是功对时间的导数，且波峰处场强值很大、波峰的持续时间为一个点，所以，实际中的脉冲功率是对峰值的一个临域内的功率的平均。平均功率是一个小脉冲内的平均功率。但基本所有问题采用的功率均是脉冲功率。另外一个用功率电平定义功率的方法，以一毫瓦为零分贝的计数单位。
HPM的传播特性主要表现在以下几个方面：
1.HPM作为一种电磁波，在传播过程中容易受到周围环境的影响
从HPM的定义来看，HPM是电磁波的一种，在传播过程中，容易受到外界因素的影响，如果环境中存在干扰因素，将会导致HPM传播受到较大影响。因此，HPM对传播环境要求较高。
2.HPM对传播载体的要求较高
通过HPM的实际传播来看，HPM需要传播载体具有一定的传播能力，同时还需要传播载体能够在实际传播中减少其他干扰。由此可见，HPM对传播载体的要求相对较高，需要特殊的传播载体才能适应实际需求。
3.HPM的电磁脉冲频率与其他电磁波存在一定差异
电磁波在传播过程中不但容易受到环境影响，同时也会影响周边环境。但是HPM电磁脉冲在频率和功率方面都与其他电磁波存在一定的区别，因此，HPM电磁波作为一种特殊的电磁波，在传输过程中与其他电磁波存在一定差异。
由此可见，HPM作为一种特殊的电磁波，在整体传输上与其他电磁波存在明显差异，为了保证HPM能够提高传播质量，满足HPM的传播需要，我们应立足电磁波研究实际，重点研究HPM的传播特点，保证HPM的传播效果。
三、等离子体特性分析
等离子体的状态主要取决于它的化学成分、粒子密度和粒子温度等物理化学参量，其中粒子的密度和温度是等离子体的两个最基本的参量。对于实验室中采用气体放电方式产生的等离子体主要是由电子、离子、中性粒子或粒子团组成的。因此，描述等离子体的密度参数和温度参数主要有：电子的密度ne和温度Te、离子的密度ni和温度Ti以及中性粒子的密度ng和温度Tg。在一般情况下，为了保证等离子体的宏观电中性，要求等离子体处在平衡状态时，电子密度近似地等于离子密度ne ni=n0。可以用参量“电离度”来描述等离子体的电离程度。低气压放电产生的等离子体是一个弱电离的等离子体对于实验室中采用低气压放电产生的等离子体，电子的温度Te约为10eV（1eV=11600K），远大于离子的温度Ti（只有数百K，基本上等于中性粒子的温度）。有时称这种等离子体为冷等离子体（Cold Plasma）。
等离子体作为当前一种特殊的传播载体，在电磁波传输中得到了全面应用，从等离子体的成分来看，等离子体主要在化学成分上与其他载体存在明显差别，同时在粒子密度和粒子温度等方面与其他载体存在一定的差别。因此，等离子体作为一种新型材料，在电磁波传输中得到了重要应用，不但提高了电磁波的传输效果，同时也减少了电磁波在传播过程中的损失，提高了电磁波的传输效果。对于HPM而言，等离子体起到了重要的保障作用，保证了HPM的传输效果。
等离子作为一种新型的传播介质，对HPM的传播起到了积极的促进作用，不但提高了HPM的传播效果，还解决了HPM传播过程中电磁波损失和干扰问题，满足了电磁波传播需要，为HPM传播提供了新的参考和帮助。
四、等离子体对HPM传播特性的影响
由于等离子体在化学成分、粒子密度以及粒子温度上都较其他介质有明显的优点，因此等离子体对HPM的传播起到了积极的促进作用。结合HPM在等离子体中的实际传播来看，等离子体对HPM传播特性的影响主要表现在以下几个方面：
1.等离子体改变了HPM的传播方式
等离子体的出现，为HPM提供了新的传播方式，从等离子体的化学成分和粒子特性来看，等离子体对HPM的传播起到了积极的促进，不但使HPM的传播方式得到了改变，还减少了HPM的传播损失，为HPM传播提供了有力的手段支撑，保证了HPM传播能够在传播方式上满足实际要求，为HPM传播提供了有力的手段支持。
2.等离子体提高了HPM的传播质量
由于等离子体在成分和粒子特性上不同于其他的载体，因此等离子体对HPM传播质量的提高提供了有力的支持，不但在传播形式上达到了HPM的要求，还在传播环境和载体强度上给与了充分的保证。由此以来对HPM的传播也形成了有力的促进，保证了HPM传播质量达到预期要求，确保了HPM的传播质量满足实际需要。
3.等离子体满足了HPM的传播需要
在HPM传播过程中，要想达到传播技术指标，就需要传播载体在载体成分、传播特性和传播方式上满足实际需要。通过对等离子体的分析，等离子体具有这样的特点，对满足HPM传播需要起到了积极的作用，保证了HPM的传播效果，给了BPM传播以新的手段，促进了HPM的发展，使HPM的发展质量得到全面提高。
五、结论
通过本文的分析可知，HPM作为一种特殊的电磁波，在传播过程中对传播介质和传播环境要求较高，等离子体由于在化学成分和粒子特性上有利于HPM的传播，因此等离子体成为促进HPM传播的重要手段，保证了HPM的传播质量。因此，我们应对等离子体的特性及其对HPM传播特性的影响进行深入研究，保证HPM传播取得积极效果。
参考文献
[1]莫锦军，刘少斌，袁乃昌.等离子体隐身机理研究[J].南京：现代雷达，2012，5.
[2]В.Л.金兹堡.电磁波在等离子体中的传播[M].北京：科学出版社，2012.
