等离子体化学.ppt

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2、由等离子体粒子温度可将等离子体划分为两大类:A、热平衡等离子体(Thermalplasma),热等离子体:实际上,各种粒子的温度几乎是相等,组成的接近平衡的等离子体,叫局域热力学平衡态(localthermalequilibrium),这时又称为LTE态等离子体第32页,共55页,5月,星期六,2024年,5月B、非平衡态的plasma:TeTi,一般Te的温度达1014K以上,而Ti或Tg在300~500K。这时叫低温等离子体(coldplasma冷等离子体)一般在100Torr(1Torr=133Pa)以下的低气压下形成。第33页,共55页,5月,星期六,2024年,5月注意P11:应消除产生“误解”.“高温”,“低温”①低温:Te=10ev,约合1x105:.但Ti只有“数百开”(200~300k)。②高温:热核聚变达到上亿度。结论:在等离子体化学与工艺中,因电子能量变可使分子原子激发,离解和电离,另一方面体系又在低温下,乃至接近于室温.这样化学反应设备投资少,省能源在普通情况下可实现。第34页,共55页,5月,星期六,2024年,5月1.3.3.沙哈方程1、电离平衡:在等离子体中,产生电离同时伴随着复合。在热力学平衡态下,由于电离速率和复合速率相等时的状态。在温度T时,电离度α与电离条件的关系式:沙哈方程(气体电离电位,P的单位是Torr)第35页,共55页,5月,星期六,2024年,5月2.如Cs铯:电离电位低()的蒸汽①在0.75x10-5Torr的低气压,在2000K便全电离。②在1大气压下,需要8000K方可全电离。又如:氩(vi=15.759ev)电离电位高:在0.75x10-5Torr时,在5000K以下几乎不电离。注意:不同等离子体的密度和温度值可能悬殊很大。第36页,共55页,5月,星期六,2024年,5月1.4等离子体的准电中性基本特征:维持宏观电中性。由等离子体屏蔽特性和振荡特性―――电中性条件的空间尺度和时间尺度。等离子体判据。1.4.1概述:1、正离子和电子的空间电荷互相抵消,使等离子体在宏观上呈现电中性。第37页,共55页,5月,星期六,2024年,5月2、由于热运动或外界干扰,等离子体内时时处处都有可能出现电荷分离,偏离电中性现象。一旦出现偏离,这时电荷间的库仑作用又使电中性尽快的得到恢复。3、例如;P14:对于R=1cm的小球,突然有万分之一电子转出球外,电中性被破坏,球内正电荷过剩,可算出在球心1cm的球面处,电场达。4、等离子体在“偏离”-“恢复“之间运动着。同时有故谓之为“准电中性”。第38页,共55页,5月,星期六,2024年,5月1.4.2德拜屏蔽与德拜长度由于扰动使之出现电量为q的正电荷积累。“电子云”:静电作用形成“电子云”。这时“电子云”包围削弱了积累起来的正电荷对远处带电粒子的库仑力。这即是“静电屏蔽”-“德拜屏蔽”-从而形成正电荷的静电势叫屏蔽库仑势。下面讨论:①“德拜长度”-通过“屏蔽库仑势”。“德拜长度”-等离子体电中性成立的空间长度。第39页,共55页,5月,星期六,2024年,5月讨论:设待求的电势分布为。对空间任意一点满足泊松方程:其中:正电荷密度分布,由于屏蔽作用存在:其中:Ni(r)、Ng(r)服从麦氏分布,而且:第40页,共55页,5月,星期六,2024年,5月电子质量小先达到热平衡:仍呈原来的电中性正电荷背景。电子势能则:(热运动动能远大于平均位能)展开(按为小量)取二级近似:第41页,共55页,5月,星期六,2024年,

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