氣體放電中等離子體的研究(已修改)
2025-07-16 22:18 本頁(yè)面
【正文】 氣體放電中等離子體的研究摘 要：本文闡述了氣體放電中等離子體的特性及其測(cè)試方法，分別使用單探針?lè)ê碗p探針?lè)y(cè)量了等離子體參量，最后對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：等離子體，等離子體診斷，探針?lè)?等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)在宇宙中普遍存在。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)等離子體的研究是從氣體放電開始的。朗繆爾和湯克斯首先引入“等離子體”這個(gè)名稱。近年來(lái)等離子體物理學(xué)有了較快發(fā)展，并被應(yīng)用于電力工業(yè)、電子工業(yè)、金屬加工和廣播通訊等部門，特別是等離子體的研究，為利用受控?zé)岷朔磻?yīng)，解決能源問(wèn)題提供了誘人的前景。 。 等離子體（又稱等離子區(qū)）是一種由等量正負(fù)電荷離子和中性粒子組成的電離氣體，其中正負(fù)電荷密度相等，整體上呈現(xiàn)電中性。等離子體可分為等溫等離子體和不等溫等離子體，一般氣體放電產(chǎn)生的等離子體屬不等溫等離子體。等離子體有一系列不同于普通氣體的特性：（1）高度電離，是電和熱的良導(dǎo)體，具有比普通氣體大幾百倍的比熱容。（2）帶正電的和帶負(fù)電的粒子密度幾乎相等。（3）宏觀上是電中性的。描述等離子體的一些主要參量為：（1）電子溫度Te。它是等離子體的一個(gè)主要參量，因?yàn)樵诘入x子體中電子碰撞電離是主要的，而電子碰撞電離與電子的能量有直接關(guān)系，即與電子溫度相關(guān)聯(lián)。（2）帶電粒子密度。電子密度為ne，正離子密度為ni，在等離子體中ne≈ni。（3）軸向電場(chǎng)強(qiáng)度EL。表征為維持等離子體的存在所需的能量。（4）電子平均動(dòng)能Ee 。（5）空間電位分布。圖1 輝光放電的光強(qiáng)、電位和場(chǎng)強(qiáng)分布本實(shí)驗(yàn)研究的是輝光放電等離子體。輝光放電是氣體導(dǎo)電的一種形態(tài)。當(dāng)放電管內(nèi)的壓強(qiáng)保持在1010^2Pa時(shí)，在兩電極上加高電壓，就能觀察到管內(nèi)有放電現(xiàn)象。輝光分為明暗相間的8個(gè)區(qū)域，在管內(nèi)兩個(gè)電極間的光強(qiáng)、電位和場(chǎng)強(qiáng)分布如圖1所示。8個(gè)區(qū)域的名稱為（1）阿斯頓區(qū)，（2）陰極輝區(qū)，（3）陰極暗區(qū)，（4）負(fù)輝區(qū)，（5）法拉第暗區(qū)，（6）正輝區(qū)（即正輝柱），（7）陽(yáng)極暗區(qū)，（8）陰極輝區(qū)。其中正輝區(qū)是我們感興趣的等離子區(qū)。其特征是：氣體高度電離；電場(chǎng)強(qiáng)度很小，且沿軸向有恒定值。這使得其中帶電粒子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)勝過(guò)它們的定向運(yùn)動(dòng)。所以它們基本上遵從麥克斯韋速度分布律。由其具體分布可得到一個(gè)相應(yīng)的溫度，即電子溫度。但是，由于電子質(zhì)量小，它在跟離子或原子作彈性碰撞時(shí)能量損失很小，所以電子的平均動(dòng)能比其他粒子的大得多。這是一種非平衡狀態(tài)。因此，雖然電子溫度很高（約為105K），但放電氣體的整體溫度并不明顯升高，放電管的玻璃壁并不軟化。4. 等離子體診斷測(cè)試
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