什么是等离子体?

什么是等离子体?

等离子体又名电浆,是由带正电的正粒子、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,其中正电荷和负电量相等,故称等离子体,是除固态、液态、气态之外物质存在的第四态—等离子态。

在茫茫宇宙中有99%的物质都呈等离子态存在,然而在人类居住的地球上很少看到自然界的等离子体现象,这是因为地球是一个“冷星球”,加之高密度的大气导致等离子体很难稳定存在,所以通常要采用人工方法产生等离子体

如何用人工方法制得等离子体

除了在自然界已存在的等离子体以外,用人工方法在一定范围内也可以制得等离子体。最早是在 1927年,当水银蒸气在高压电场中的放电时由科研 人员发现等离子体。后来的发现是通过多种形式, 如电弧放电、辉光放电、激光、火焰或冲击波等, 都可以使处于低气压状态的气体物质转变成等离子 体状态。 如在高频电场中处于低气压状态的氧气、氮 气、甲烷、水蒸汽等气体分子在辉光放电的情况 下,可以分解出加速运动的原子和分子,这样产 生的电子和解离成点有正、负电荷的原子和分子。 这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量,并 与周围的分子或原子发生碰撞,结果使分子和原子 中又激发出电子,而本身又处于激发状态或离子状 态。这时物质存在的状态即为等离子体状态。

等离子体的种类

(1 )低温和高温可分为高温等离子体和低温 等离子体两类。在等离子体中,不同微粒的温度 实际上是不同的,所具有的温度是与微粒的动能即 运动速度及质量有关。把等离子体中存在的离子的 温度用 Ti 表示,电子的温度用 Te 表示,而原子、 分子或原子团等中性粒子的温度用Tn表示,对于Te 大大高于 Ti 和 Tn 的场合。即低压体气的场合,此 时气体的压力只有几百个帕斯卡,当采用直流电压 或高频电压做电场时,由于电子本身的质量很小, 在电场中容易得到加速,从而可获得平均可达数电 子伏特的高能量,对于电子,此能量的对应温度 为几万度(K ),而离子由于质量较大,很难被 电场加速,因此温度仅几千度。由于气体粒子温 度较低(具有低温特性),因此把这种等离子体 称为低温等离子体。 当气体处于高压状态并从外界获得大量能量 时,粒子之间的相互碰撞频率大大增加,各种微 粒的温度基本相同,即 Te 基本与 Ti 及 Tn 相同,我们把这种条件下得到的等离子体称为高温等离子 体,太阳就是自然界中的高温等离子体。

(2)活泼气体和不活泼气体等离子体。根据产 生等离子体时应用的气体的化学性质不同,可分为不 活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类,不活泼 气体如氩气(A r )、氮气(N 2)、氟化氮(N F 3)、 四氟化碳(C F 4)等,活泼气体如氧气(O 2)、氢 气(H 2)等。不同类型的气体在清洗过程中的反 应机理是不同的,活泼气体的等离子体具有更强 的化学反应活性。

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