等离子体物理01 基本性质.pdfVIP

马石庄: 等离子体物理学讲义(2012-2013) 第1 讲 等离子体的基本性质 教学目的： 了解课程的基本内容和教学安排；理解研究等离子体物理的意义和目的；建立等 离子体的准中性和集体运动的概念，了解等离子体的基本分类 主要内容： §1 等离子体 3 1.1 物质第四态 3 1.2 温度的概念 4 1.3 经典等离子体 7 §2 基本尺度 9 2.1 Debye 长度 10 2.2 等离子振荡 13 2.3 等离子体判据 15 §3 应用研究领域 17 3.1 受控热核聚变 18 3.2 空间物理学 18 3.3 MHD 能量变换和离子推进 21 习题1 23 附录A ：聚变等离子体 26 附录B ：夸克-胶子等离子体（QGP ） 32 参考书目： 1. Piel, A., Plasma Physics: Laboratory Space Fusion Plasmas , Springer, 2010 2. Bellan, Paul M., Fundamentals of Plasma Physics , Cambridge University, 2004 3. Bonitz, M. et al. (eds.), Introduction to Complex Plasmas , Springer，2010. 1 / 34 第1 讲 等离子体的基本性质 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。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。据估计，宇宙中物质的99 ％以等离子体状态存在，也就是以带电气体 的形式存在、它们的原子离解成正离子和负电子。鉴于恒星的内部及大气，气态星云和大量的 星际氢都是等离子体，这种估计不很精确无疑是合理的．只要一离开地球的大气，就遇到了构 成Van Allen 辐射带和太阳风的等离子体。日常生活中所遇到的等离子体却只限于几个实例： 闪电、极光的柔和辉光、荧光管或霓虹灯内的导电气体、火箭尾气内的少量电离。在人类生活 的1％宇宙中，这里等离于体并不天然地存在。 除这些天然等离子体之外，等离子体在许多现代工业生产方法中发现技术应用。在等离子 体化学中，在纳米粒子来源和为金属、光学组分和塑料材料的各种各样的表面加工处理技术， 半导体产业由等离子体辅助的沉积或蚀刻。等离子体在陷阱光源、显示技术、激光和太阳能电 池的发展扮演一个主角。 并且，许诺的医疗应用在活组织已经涌现。 等离子体研究的其他新 领域是激光生成等离子体、等离子体尾域中粒子加速，强激光束聚焦小靶区产生的超致密的等 离子体(所谓温致密物质) ，以及诸如ITER 那样的大规模核裂变实验设施。 马石庄: 等离子体物理学讲义(2012-2013) Very regular 2D crystals with noticeable radial compression are produced in the parabolic well. For this crystal, 8.3 µm diameter Melamine spheres are suspended in a 100 mTorr, 1.8 W Argon plasma above a 0.5m radius of curvature lower electrode. The crystal contains 1155 particles and is 21.8mm in diameter.