等离子体在化学化工上的应用(1).pptx

等离子体在化学化工上的应用固体 冰液体 水气体水汽等离子体 电离气体温度以水为例一、对等离子体的介绍：100000C00C1000C固体 冰液体 水气体 水汽等离子体 电离气体温度00C1000C100000C等离子体与固体、液体、和气体状态 不同?这是一个能量增加的过程！需要分别克服: 分子间相互作用势能, 表面束缚能, 原子结合能(键能),电离能。不是相变！！！1、等离子体的概念： 等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中性粒子(原子、分子、微粒等)组成的，宏观上呈现准中性、且具有集体效应的混合气体。定义——自由电荷构成、表现出集体行为的准中性多粒子系统.等离子体定义的要点：1)、对于自由的理解：含大量带电粒子的气体，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，即非束缚态等离子体定义的要点：2)、对于准中性的理解：指等离子体中正负离子数目基本相等，宏观（大尺度）呈现电中性，小尺度则呈现电磁性质ne ? ni等离子体定义的要点：3)、对于集体效应的理解：与中性气体的根本区别，是等离子体作为物质第四态的依据。区别一种物态应看作用于物态基本组元上的作用力，控制物态特性变化的基本作用力，对于固体，液体，气体均有所不同。 中性气体：粒子间的直接的碰撞作用 等离子体：电磁力，长程 多体等离子体定义的要点：3)、对于集体效应的理解：当体系内某处出现扰动时，理论上所有粒子行为都会受到影响，使整个等离子体对外加扰动作出响应；集体行为也会通过电磁场作为媒介来表现。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）的运动紧密耦合， 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。描述等离子体的行为： 粒子 + 电磁场 等离子体定义的要点：4）等离子体是物质第四态由于它的独特行为与固态、液态、气态都截然不同，与电磁场存在强烈的耦合作用，在宇宙中广泛存在，故称之为物质第四态。 宇宙中99%的物质都是等离子体因此有广阔的参数空间?宽广的研究领域和应用前景!2、等离子体的分类：电弧、碘钨灯极光、日光灯冷等离子体Te≠Ti, Ta热等离子体Te＝Ti, Ta聚变、太阳核心低 温等离子体高 温等离子体100000C电子温度1eVTi=Ta=300K-400K.Ti=Te=Ta=2000K-20000KTe=3-5万度百万度1eV＝11600K3、等离子体的研究领域：低温应用等离子体冷等离子体热等离子体高温应用等离子体磁约束聚变惯性约束聚变空间和天体等离子体等离子体研究领域聚变等离子体研究－高温应用等离子体人类赖以生存的最主要的资源是什么？能源能源是推动科学、技术和经济高速发展的保障，是人类文明进步的保障。最终，能源也是人类这一物种能够生存的保障。人类目前被束缚在小小的星球上，虽然现在人类能源的开发利用已经多元化，然而终归有枯竭的一天。煤、石油、风、水、地热、太阳能，潮汐……………………….空间和天体等离子体研究极光空间等离子体形态空间和天体等离子体研究二、等离子体的产生方法：1、气体放电法：带电离子在电场作用下获得加速动能与气体分子碰撞，加之阴极二次电子发射等机制的作用导致气体击穿放电而形成等离子体。2、光电离法和激光辐射电离：借入射光量子来使物质分子电离，只要光量子大于或等于该物质的第一激发电离能，可形成等离子体。激光辐射不仅有单光子，还有多光子和级联电离机制，可获得高温高密度等离子体。3、射线辐照法：用各种射线（包括α、β、γ和Χ射线）或粒子束（电子束、离子束等）对气体辐照也可产生等离子体。4、燃烧法：借助热运动动能是气体分子中的足够大的原子、分子相互碰撞引起电离获得等离子体。5、冲击波法：当冲击波在气体中通过时，气体受绝热压缩产生的高温来获得等离子体。极光氢弹的爆炸原子弹的爆炸三、等离子体的性质及特点： 等离子体含有极活泼的化学反应物种（如离子电子 激发态原子 分子 自由基等），其性质与固 、液 、气 3 态有本质的区别，表现出许多特点，现详述如下：1、电离： 等离子体存在带正电的离子和带负电的自由电子，因而有很高的电导率，与电磁场的耦合作用也极强：带电粒子可以同电场耦合，带电粒子流可以和磁场耦合2、组成粒子：等离子体包含 2∽3 种不同组成粒子：自由电子，带正电的离子和未电离的原子。轻度电离的等离子体，离子温度一般远低于电子温度，称之为“低温等离子体”。高度电离的等离子体，离子温度和电子温度都很高，称为“高温等离子体”。3、速率分布 ：一般气体的速率分布满足麦克斯韦分布，但等离子体因为与电场的耦合，可能偏离麦克斯韦分布。4、等离子体化学反应的能量水平很高： 在热平衡等离子体中，各种粒子的温度几乎相等，约可达5*10^3到2*10^4K，如此高温既可作为