电离情况
气体中仅少数气体 粒子产生电离形成 电离气体，但这种 电离气体的粒子间 互不相关
电离部分超过 0.1％。形成的电离气体它的带 电粒子密度已达到所产生的空间电荷会约束粒 子的自由运动，故电离气体的粒子间互有牵连
等离子体－－物质的第四态。它包括：电子、原子、
分子或自由基组成的集合编辑体pp。t
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电见电子子与与N2气碰体撞分时子，间EE 碰ti 撞为编时辑0.p0p能t1%量转, 移 E是U i 极可微达的9。9.99%
可
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碰撞截面
表示碰撞发生的可能性及几率大小，以 ( )表示，具有面积 量纲。
P()•nSdx()ndx
S
( ) 物理意义：
表示在某体积元中一个入 射粒子发生碰撞的几率， 与碰撞粒子的种类和粒子 间的相对速度有关，即同 粒子的能量大小有关。
Te >> TiTg 100K<Tg<1000K
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3、按电离度 分
AeA2e
忽略二次电离，ni=ne、nn为中性粒子的浓度 ne
ne nn
完全弱电离等离子体 =1 部分电离等离子体0.01< <1 弱电离等离子体10-6< < 0.01
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Saha方程
在仅含单种气体物完全平ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和局域热力学平衡等离 子体中存在电离平衡，并推出如下方程：
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碰撞频率和平均自由程
碰撞频率 运动的粒子在单位时间内与某靶粒子的碰撞次数。
n•v(v)
n为靶粒子的密度.
平均自由程 一个粒子在前后两次碰撞之间行经路程的平均值。
1 n (v)
物理意义：入射粒子在1cm行程中的碰撞次数。
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2）激发和电离
原子的能态由原子的电子组态决定的。无外来作用时，原子 中的电子在各自稳定轨道上运动，原子处于基态；当原子受 光或高速电子的激励时，电子可能跃迁到较高能级，原子处 于激发态，进一步电子脱离原子核的束缚成为自由电子，原 子成为离子，发生电离。
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2/( 1 2 ) 2 .4 1 0 4 • T 2/P • e x p ( E i/k T )
常压热平衡下，氦等离子体的随温度的变化
T（oK）
5000
3.210-7
10000
0.0065
15000
0.22
20000
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0.82
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4、按热力学平衡分类
完全热力学平衡等离子体(Complete thermal equilibrium plasm) 局域热力学平衡等离子体( Local complete thermal equilibrium plasm) 非热力学平衡等离子体(Non- thermal equilibrium plasm)
7.2 等离子体化学
1、等离子体化学 等离子体定义、分类；等离子体产生的方法与、 机理；等离子体应用
2、光化学
光化学的基本定律；光化学的特征；光化学的应用
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7.2.1 等离子体化学定义、发展过程与分类 等离子体化学是研究等离子体中各种粒子之间或这
些粒子与电磁辐射及周围物质间相互化学作用的一门 分支学科。
电离和电离截面
（1）电子碰撞电离
A e (高 速 ) A e e (低 速 )
A代表气态分子或原子。上式表明电子碰撞电离是等离子
体中产生带电粒子的主要源泉。
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（2）亚稳态粒子的作用
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弹性碰撞与非弹性碰撞
弹性碰撞： 内能无交换、改变;
非弹性碰撞：内能 U 增加。
如动能为Ei 、质量m 的粒子 与静止的质量为M的 粒子发生弹 性碰撞 ，转移的能量Et与动能之比为
Et Ei
4mM (m M )2
非弹性碰撞，质量为M粒子的内能增量 U 则有：
U M
Ei m M
1927年朗格谬在研究水银蒸气的电离状态时最先引入 plasma（等离子体）这一术语。
1929年汤克斯和朗格谬给等离子体赋予“电离气体” 的涵义。
由此可见，发现物质第四态已经有100多年了。
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二、等离子体分类
1、 按存在分类：
1) 天然等离子体。宇宙中99%的物质是以等离子 体状态存在的,如恒星星系、星云，地球附近的闪电、 极光、电离层等。如太阳本身就是一个灼热的等离 子体火球。
此名称最早出现在1967年出版的书：
Plasm chemistry in electrical discharges
一、等离子体的发展过程
19世纪初，物理学家便提出：是否存在着与已知的 物质“三态”有本质区别的第四态？
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1835年，法拉第用低压放电管观察到气体的辉光放电 现象。
1879年，英国物理学家克鲁克斯在研究放电管中“电 离气体”的性质之后，第一个指出物质还存在一种第 四态。
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ne为电子密度、ni为离子密度，n为等离子体密度
3、等离子体中的各种现象
1）等离子体中的碰撞
等离子体的能量流
低温等离子体化学中采 用的低温等离子体，电子温 度为数个电子伏特，1eV = （1eV相当于11600K）。在 电场中，气体中少量的自由 电子受电场加速同气体分子 碰撞产生能量的转移。
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三、普通气体和等离子体的比较
气体
等离子体
粒子间距大，不存 在净电磁力，粒子 粒子间作用力 间相互作用力可忽 略不计
带电粒子间存在有库仑力，带电粒子群间存在 有特征的群体运动
导电性
不导电
是一种导电率很高的流体，并保持整体电中性
粒子运动不受电磁
电磁场影响 场影响
等离子体运动行为明显受电磁场的影响和束缚
2) 人工等离子体如：
*日光灯、霓虹灯中的放电等离子体。
*等离子体炬（焊接、新材料制备、消除污染） 中的电弧放电等离子体。
*气体激光器及各种气体放电中的电离气体。
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2、按系统温度分类
高温等离子体 Tg=Te=Ti=108-9 K 低温等离子体
热等离子
Te TiTg （ 5000 K<Tg<20000K ） 冷等离子
7.2.2 等离子体的性质
1、等离子体的温度 分子运动论，粒子的动能与温度关系有：
1 mV 2 3 kT
2
2
其中：粒子的质量m、速度平方的平均值，V 波尔兹曼常数k
电子温度Te、离子温度Ti 、气体温度Tg
2、等离子体的密度
等离子体由电子、正（负）离子、激发分子等粒子构成，电
中性条件：
n e n i1 n i2 n i3 … = n