如何用人工方法制得等离子体

除了在自己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。后面的发现是通过多种形式,如电弧放电、辉光放电、激光、火焰或者冲击波等,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、水蒸气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。等离子体发生器(plasma generator)用人工方法获得等离子体的装置。等离子体由自然产生的称为自然等离子体(如北极光和闪电),由人工产生的称为实验室等离子体。实验室等离子体是在有限容积的等离子体发生器中产生的。 等离子体发生器的放电原理:利用外加电场或高频感应电场使气体导电,称为气体放电。气体放电是产生等离子体的重要手段之一。被外加电场加速的部分电离气体中的电子与中性分子碰撞,把从电场得到的能量传给气体。电子与中性分子的弹性碰撞导致分子动能增加,表现为温度升高;而非弹性碰撞则导致激发(分子或原子中的电子由低能级跃迁到高能级)、离解(分子分解为原子)或电离(分子或原子的外层电子由束缚态变为自由电子)。高温气体通过传导、对流和辐射把能量传给周围环境,在定常条件下,给定容积中的输入能量和损失能量相等。电子和重粒子(离子、分子和原子)间能量传递的速率与碰撞频率(单位时间内碰撞的次数)成正比。在稠密气体中,碰撞频繁,两类粒子的平均动能(即温度)很容易达到平衡,因此电子温度和气体温度大致相等,这是气压在一个大气压以上时的通常情况,一般称为热等离子体或平衡等离子体。在低气压条件下,碰撞很少,电子从电场得到的能量不容易传给重粒子,此时电子温度高于气体温度,通常称为冷等离子体或非平衡等离子体。两类等离子体各有特点和用途(见等离子体的工业应用)。气体放电分为直流放电和交流放电

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