blue yellowwhite
blue
Positive Column
Red-pink red-brown dark-red blue-purple
whitegreen pink red-yellow red-yellow red-yellow
7
介质阻挡放电（DBD）
8
滑动电弧放电等离子体
9
激光
密度(cm-3)
17
地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。 日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发 生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷 涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理 高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、氢弹、高功率 微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹
12
空间天体等离子体 什么保护了地球：等离子体
13
空间天体等离子体
北极光
14
空间天逃体离等太离阳子体的等离子体
15
空间天星体系等：离巨子体大的聚变反应堆
16
等离子体参数空间
温度 (度)
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
＋
－
在等离子体内部，正、负电荷数几乎相等——准中性 ne ni
30
就等离子体本身而言，它具有变成为电中性的强烈 倾向，故离子和电子的电荷密度几乎相等，此种情况称 为准中性，是带相反电荷粒子间的强电作用的结果。
等离子体中电荷分离仅可能由外加电场或等离子体 本身的内能（热能）来维持，可由等离子体动力学温度 维持的对电中性的最大偏离估算出来。
ne0ni0n0
当 ekT e1， ekT i <<1，有
3
霓虹灯
4
太阳等离子体喷流
5
电晕放电实例
6
部分气体辉光放电的颜色
Gas
Cathode Layer
He Ne(neo
n) Ar Kr Xe H2 N2 O2 Air
red yellow pink
red-brown pink red pink
Negative Glow
pink orange dark-blue green orangegreen thin-blue
11
1.1.1 等离子体存在处： 宇宙中90％物质处于等离子体态。由地球表面
向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式， 它与众所周知的物质三态也就是气态、液态、固 态并列称为物质的第四态,即等离子体态。如大气 外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、 太阳内部、星际空间、闪电、极光、星云及星团， 毫无例外的都是等离子体。
10
第一章 等离子体基本原理
1.1 等离子体概念：由大量的带电的正粒子、负粒子（其中包括正 离子、负离子、电子、自由基和各种活性基团等）组成的集合体， 其中正电荷和负电荷电量相等，故称等离子体。
注意： 非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的 基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其 结合体。 粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电 磁场（外场及粒子产生的自洽场）紧密耦合，不可分割。 集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长 程的。
固体 冰
液体 水
气体
水汽
等离子体
电离气体
00C
1000C
100000C
温度
26
放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式
普通气体
等离子体
放电 需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体 性质。
“电性”比“中性”更重要 ( 电离度 >10-4 ) 27
1.2 等离子体特征
1.2.1 等离子体的整体特征 等离子体是一种导电流体。 对于洛仑兹等离子体，把等离子体看作微观粒子
等离子体应用技 术
1
参考教材： 1. 等离子体技术与应用 许根慧等 化学工业出版社 2.等离子体技术及应用 赵青 刘述章 童宏辉 国防工业出版社
2
目录
等离子体基本原理 等离子体的化学行为 等离子体发生技术 介质阻挡放电等离子体技术与应用 电晕和辉光放电等离子体技术与应用 微波放电等离子体技术与应用 等离子体在薄膜制备中的应用 等离子体在高分子化学中的应用 等离子体显示技术 等离子体在隐身技术中的应用 等离子体应用技术进展
一个密度几乎相等，每立方米n0个粒子的电子和单 电荷正离子构成的含能等离子体，在半径为r的球形区域 内，此体积内的静电能由其所包围的剩余电荷量决定， 此球表面的静电位为：
V Q
4 0r 31
Q=eδn，为球内静电荷，其中e为电子电荷，此时球表
面的静电位为
V
4r3
3
en
r2en
(V)
被推进净负电荷小球区域4的一0r个电子3所得0 到的能量可由
33
德拜屏蔽鞘层 设想在等离子体中插入一电极，试图在等离子体中建立电场
电子将向电极处移动，离子则被排斥，电极所引入的电场仅局限 在较小尺度的 “鞘层” 中
静电势满足 Poisson 方程：2e源自0neni
热平衡时电子、离子密度满足 Boltzmann 分布：
ne xne0eexkT e ni xni0eexkT i
18
聚变等离子体
核聚变反应
D + T = n + 4He D + T = p + 3He
19
聚变等离子体
实现聚变的三种途径
20
聚变等托离卡子马体克装置( JET )
21
美国激光聚变装置
22
美国国家点火（NIF）激光聚变装置
23
激光聚变电站
24
神光II、星光II激光聚变装置 25
1.1.2 等离子体是物质第四态
上式的静电位乘以电荷得到：
U
eV
r2e2n
30
此能量仅来自与有限的动力学温度T有关的动能
U 1KT 1eT 22
可得到与电中性的相对偏离： n 3T 0
n 2er 2n0
32
1.2.3 等离子体鞘层
特征响应时间：τp＝ λ D/vT
＋
－
屏蔽层厚度：德拜长度 λD
在等离子体中引入电场，经过一定的时间，等离子体中 的电子、离子将移动，屏蔽电场——德拜屏蔽
的集合，可以把等离子体的整体导电率σ写为
e2ne 1 mevce
28
对于电子只与每个电荷数均为z的带电粒子碰撞的 情况，等离子体整体电导率σs为
s
51.602()12(kTe)32
e2z me ln
ln 为库仑对数， lnln12z(2e03knTe1e2)32
29
1.2.2 等离子体的准电中性