关于等离子体及其研究方法的若干讨论

关于等离子体及其研究方法的若干讨论

题目：关于等离子体及其研究方法的 本科毕业论文 若干讨论

关于等离子体及其研究方法的若干讨论

目 录

1.引言 ............................................................. 3

2.等离子体的概念与简介 ............................................. 1

2.1.等离子体概念的形成 ............................................ 1

2.2.现实生活中的等离子体 .......................................... 1

3.等离子体的种类 ................................................... 3

4.等离子体的特征 ................................................... 3

5.等离子体与普通气体的区别 ......................................... 4

6.等离子体的运动规律 ............................................... 4

7. 等离子体的研究方法 .............................................. 6

8.等离子体的主要参量 ............................................... 7

8.1.等离子体粒子密度 .............................................. 7

8.2.等离子体的温度 ................................................ 7

8.3．等离子体振荡频率 ............................................. 8

8.4.DEBYE长度 ..................................................... 9

9.等离子体对现代科学的应用 ........................................ 12

10.总结 .......................................................... 133

11.参考文献 ...................................................... 144

12.致谢 .......................................... 错误！未定义书签。5

关于等离子体及其研究方法的若干讨论

关于等离子体及其研究方法的若干讨论

摘 要：等离子体是部分或完全电离的气体按物质聚集态的顺序，等离子体位居固体、液体、气体之后，所以也称为物质的第四态。等离子体不仅与固体、液体不同，而且与普通的由中性原子、分子组成的气体也大不相同。这是因为构成等离子体的带电粒子之间的作用主要是长程的Coulomb力。在本文中主要阐述等离子体的三种研究方法，并推出等离子体的振荡频率和德拜长度。

关键词：等离子体；振荡频率；粒子密度；德拜长度

关于等离子体及其研究方法的若干讨论

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1.引言

对于常见的三种物质聚集状态，即固态、液态、气态我们比较熟悉。但对高温状态的等离子体和低温状态的超导体则缺乏了解。本文对物质的这种状态做简单的介绍。

等离子体是部分或完全电离的气体按物质聚集态的顺序，等离子体位居固体、液体、气体之后，所以也称为物质的第四态。

等离子体不仅与固体、液体不同，而且与普通的由中性原子、分子组成的气体也大不相同。这是因为构成等离子体的带电粒子之间的作用主要是长程的Coulomb力。

等离子体物理是在20世纪20年代后逐步形成的物理学新分支，它研究等离子体的形成、性质和运动规律。

等离子体物理学的研究方法包括三部分，即粒子轨道理论、磁流体力学和等离子体动力论。

2.等离子体的概念与简介

2.1.等离子体概念的形成

等离子体（plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”。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。

1928年朗缪尔在第一篇“电离气体中的振荡”论文中首次提出等离子体概念。等离子体又叫做电浆，是部分或完全电离的气体，由大量自由电子和正离子以及中性原子、分子组成。等离子体宏观上是近似电中性的，即所含的正电荷与负电荷几乎处处相等。

任何物质由于温度不同将处于不同的聚集状态。固体加温溶解成为液体，液体加温沸腾成为气体。气体加温到几百上千度仍是气体，但若加温到几千万度、几十万度甚至更高的温度，则不仅分子或原子的运动十分剧烈，而且原子中的电子也已具有相当大的动能，足以摆脱原子核的束缚成为自由电子，于是原子电离，成为自由电子和正离子。这种部分电离或完全电离的气体，就是等离子体。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。我们在日常生活中也常常遇到等离子体。

2.2.现实生活中的等离子体

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，它占整个宇宙的99％。现在人们已经掌握利用电场和

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磁场产生来控制等离子体。

太阳 闪电

极光

图2-1是现实生活中的的等离子体。

19世纪以来对气体放电的研究；19世纪中叶开始天体物理及20世纪对空间物理学的研究；1950年前后开始对受控热核聚变的研究；以及低温等离子体技术应用的研究，从四个方面推动了这门学科的发展。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.汤森德等人相继续研究气体放电现象，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等离子体。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）。

等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子（具有不同符号和电荷）、电子、原子和分子。其实，人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99.9

％以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等 2