物理学的新技术(等离子体技术)(1).ppt

第十八章 物理学与新技术18—1等离子体与受控核聚变 主要内容 等离子体物理及学科 等离子体概念和基本性质 等离子体物理学科发展史及研究领域 等离子体主要应用领域 低温等离子体应用 冷等离子体应用－ 热等离子体应用－军事与高技术应用 聚变等离子体 磁约束聚变－惯性约束聚变 主要内容 等离子体物理及学科 等离子体概念和基本性质 等离子体物理学科发展史及研究领域 等离子体主要应用领域 低温等离子体应用 冷等离子体应用－ 热等离子体应用－军事与高技术应用 聚变等离子体 磁约束聚变－惯性约束聚变 空间与天体等离子体 什么是等离子体 由大量的带电粒子组成的非束缚态的宏观体系 处于电离状态的气体。 电子的负电荷总数和离子的正电荷总数数值上相等，宏观上呈电中性。 整个宇宙约有99.9%以上的物质处于等离子体状态。 等离子体是物质第四态 电离气体是一种常见的等离子体 放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式 等离子体 ? 电离气体 宇宙中99％物质处于等离子体态 人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子体就只能存在于远离人群的地方，以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。 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，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、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。 等离子体参数空间 等离子体分类 等离子体特性 磁场冻结效应 等离子体内感应电流的磁场可抵消或补偿外部磁场引起的变化，从而保持等离子体内磁场不变。 磁镜效应 带电粒子具有被推向磁场较弱区域的趋势 等离子体物理学科发展简史 19世纪30年代起 放电管中电离气体，现象认识 建立等离子体物理基本理论框架 20世纪50年代起 受控热核聚变 空间技术 等离子体物理成为独立的分支学科 20世纪80年代起 气体放电和电弧技术发展应用 低温等离子体物理发展 等离子体物理主要研究领域 低温应用等离子体 冷等离子体 热等离子体 聚变等离子体 磁约束聚变 惯性约束聚变 空间和天体等离子体 冷等离子体应用 等离子体的化学过程 刻蚀 化学气相沉积（成膜） 等离子体材料处理 表面改性 灭菌消毒 表面冶金 光源 冷光源（节能，线光谱） 气体激光器 等离子体显示器 特征类金刚石表面制造 毫米级厚金刚石片制备研究 等离子体军事及高技术应用 军事应用 等离子体天线、等离子体隐身、等离子体减阻、等离子体鞘套、等离子体诱饵 高技术 大功率微波器件、X射线激光、强流束技术、等离子体推进 等离子体离子推进器 VASIMR 等离子体推进技术 Hall thrusters 霍尔等离子体推进 等离子体天线 聚变与裂变能 核聚变反应 受控热核聚变 聚变需要亿度高温 实现聚变的三种途径 ITER：我们的托卡马克聚变实验堆 主要参数 Pf = 500MW Q 10 T = 500 s R = 6.2 m A = 2.0 m Ip = 15 MA B = 5.3 T V = 837 m3 S = 678 m2 Pin= 73 MW 法国人的梦想 磁约束聚变研究进展 磁约束受控聚变研究进展 30年聚变三乘积提高10万倍 平均每 1.8年翻一番 美国Nova激光聚变装置 1985年建成，10路 45000焦耳，1纳秒 2倍频/3倍频 美国国家点火（NIF）激光聚变装置 激光聚变电站 国内有关装置 神光II、星光II激光聚变装置 空间等离子体形态 北极光 星系：巨大的聚变反应堆 总 结 等离子体科学涵盖了受控热核聚变、低温等离子体物理及应用、国防和高技术应用、天体和空间等离子体物理等分支领域。 等离子体科学在能源、材料、信息、环保、国防、微电子、半导体、航空、航天、冶金、生物医学、造纸、化工、纺织、通讯等领域有广泛的应用。 等离子体研究领域对人类面临的能源、材料、信息、环保等许多全局性问题的解决具有重大意义。 18—2 光导纤维 一. 光纤 光纤是“光导纤维”的简称,是一种介质园柱光波导。 光波导：能够约束并导引光波在其内部或表面附近沿轴线方向传播的传输介质。 按其截面形状可分为： 平板波导、矩形波导、园柱波导。 光纤的结构 光纤波导是以各种导光材料制成的纤维丝，其基本结构包括：纤芯和包层。 纤芯：高折射率，光波的传输介质 包层：较低折射率，与纤芯共同组成光波导，形成对传输光波的约束作用。 在正常情况下，大部分光能沿纤芯传输，在包层中也有沿径向衰减的光波存在。因此，光纤的纤芯和包层材料都必须是低损耗的。 光纤的分类 （按折射率分布） 阶跃光纤：纤芯和包层的折射率都是常数，且呈突变分布。 这种光纤的带宽较窄