从古至今，人类对太阳总有着莫名的崇拜情怀，要么给它塑造了伟大的形象，要么歌颂太阳的伟大，要么为它写诗等等，即使是到了现代，人们依然对它充满了敬仰之情。如果说水是生命中不可或缺的物质，那么太阳同样是我们生命中不可或缺的物质。

太阳给我们地球带来了一切，给了我们光和热，给了我们色彩，给了我们氧气和光合作用，如果没有了太阳，我们地球将陷入一片黑暗，所有的一切将失去光彩，甚至连我们最基本的氧气也无法得到提供，植物也将失去了光合作用，所以太阳对我们的重要性无法想象。

我们都知道太阳是太阳系中的中心恒星，它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。所以太阳并非是固体或者液体或者气体，它是一种等离子体，它与气体有着相似之处，如没有明确的形状和体积，但是具有流动性。

等离子是带电粒子和中性粒子的集合体，所以它本身就有大量的原子。太阳距离我们地球较远，我们看着太阳好像每天都一样，没有啥变化，那你就错了，其实太阳每天都在做着剧烈运动，当它的内部发生剧烈的化学或者物理反应时，它的温度就会 比平常要高上很多，而且在高温的催化作用下，太阳内部的原子团就会变成等离子状态。

阳光是地球能量的主要来源。太阳每天释放出来的能量，经过地球大气层的稀释后，剩余的一部分照射到地球上，所以地球表面接收的阳光已经很少了，因此很适合地球的生物的吸收并且不容易伤害到地球上的生物。

但是我们看到的太阳每天都释放出如此多的能量，有人就在想将来太阳会不会因为释放的能量过多而慢慢枯竭或者燃烧殆尽，那肯定是会的，因为太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V)，黄矮星的寿命大概是100亿年，目前太阳大约45.7亿岁，所以太阳起码还有50亿年的时间，所以我们不必担心太阳会燃烧殆尽，即使真到了那一天，相信科学家们已经做好了一切准备。

本文出自：黑洞先驱

原标题：太阳是等离子体，会因释放的能量过多而燃烧殆尽？

激光与等离子体技术越来越多地应用在我们的生活中。本期《大咖面对面》我们邀请了北京科技大学数理学院教授王云良老师，为大家介绍神奇的激光与等离子体。

问题一：激光是什么，与普通的光有什么区别？

激光这个概念最早是爱因斯坦提出的。1960年，人们制出了第一台激光器。激光的特点是具有方向性、单色性，并且频率相对单一。

经过一代代科学家和技术人员的努力，激光器不断更新换代，无论是激光强度还是其他性能都有很大的提升。

现在，激光的强度已经达到很高水平，很多实验室，都能实现10的23次方瓦每平方厘米的光强。

去年的诺贝尔奖就颁给了啁啾脉冲放大技术的提出者Mourou和他的学生。

问题二：什么是等离子体？

与大家都比较熟悉的固体、液体、气体一样，等离子体也是物质存在的一种形式。

如果我们把气体持续加热，使气体温度不断升高，构成气体的分子就会越来越剧烈地运动，并越来越频繁地发生碰撞。

当分子的运动剧烈到一定程度时，它自身无法再承受如此剧烈的运动与如此频繁的碰撞，就会发生解体，分裂成带正电和带负电的几部分。

由于分子本身是电中性的，所以分裂出的所有带负电的部分与所有带正电的部分各自带的总电量是相等的，故称为“等”离子体。

大家对等离子体不熟悉，是因为在地球这个环境当中，自然界存在的等离子体不是很多。

即便如此，大家也都见过等离子体，极光、日光灯里都含有大量的等离子体。从更大范围来说，太阳中也存在大量的等离子体。

问题三：人们为什么要研究激光与等离子的相互作用？

目前，大家研究激光与等离子体相互作用的主要驱动力是激光对等离子体的惯性约束核聚变。

我们的化石能源总有一天要枯竭，或者说会出现短缺，研究新的能源技术迫在眉睫。

惯性约束核聚变的原理是用激光把等离子体约束到高温、高压、高密度的狭小空间内，使得等离子体中的原子核相互碰撞、聚合，发生核聚变，释放大量的能量。

聚变没有核辐射，相对来讲，是非常清洁的能源，太阳之所以能发光发热正是因为其内部不断发生着核聚变。

聚变的原料是氢的同位素，可以在海水当中提取，可以说是取之不尽用之不竭。

所以，对于激光与等离子体相互作用的领域，对于科研人员来说，最大的研究动力就是激光的惯性约束核聚变。

问题四：激光为什么可以约束等离子体？

激光约束等离子体的概念最早是由我们国家，还有苏联的科学家，相对独立提出的。

它非常类似于气缸的点火，经过激光的打靶、烧蚀、压缩，然后点火，进而使核聚变发生，其中，主要利用了激光高光照强度、高能量密度的特性。

利用这个原理，人们能够对称地压缩等离子体，使核聚变在很小的空间内发生。

当然，这种方法在技术上相对难以实现，所以现在很多的研究者提出了其他的压缩方案，比如间接驱动，快点火等等。

问题五：什么是自由电子激光？

自由电子激光，是由不断变速的电子产生的激光。

首先，人们要制造出一束速度很高，方向性很好，不发散的电子，最好电子的能谱也比较唯一，也就是说，电子束中每个电子的速度比较接近。

没有人为干预的情况下，电子束会径直地往前传播。如果人为地加上电磁场，在电磁场作用下，电子束中的电子就会摇摆起来。

比如，在电子束经过的路径上加一个磁铁，电子束就能够在磁铁产生的磁场作用下，上下摇摆和左右摇摆。

电子摇摆的时候，因为其轨迹改变了，按照传统的经典电磁学的概念，电子就具有了加速度，有加速度后，电子就会产生辐射，这个辐射满足一定条件时就会相干，形成自由电子激光。

问题六：什么是脉冲激光？

脉冲激光是相对于连续激光而言的。脉冲激光每次只是发射出一个光脉冲，这个光脉冲在空间和时间上都是局域化的。

脉冲激光在时间上持续得比较短，可能是几皮秒（一万亿分之一秒）、几纳秒（十亿分之一秒），甚至几飞秒（一千万亿分之一秒）。

而连续辐射的激光，它不是局域化的。连续激光就好比是一束光线，一个光脉冲，就可以理解成“一团光”。

问题七：为什么要研究脉冲激光？

实际上，做脉冲激光的研究是一个取舍，连续激光很难达到非常高的强度，所以大家就选择研究脉冲激光。

如果把脉冲的时间压缩得非常短，短到飞秒，甚至有可能到阿秒（一百亿亿分之一秒），那么激光的功率就会提高，相比连续激光更容易实现较高的强度。

所以我们经常说的光强，它是一个功率的概念，提高了功率，才能使光强增大。因此，跟强激光有关的研究领域中出现了一个新的名词，叫“高能量密度”。

所谓“高能量密度”就是把脉冲光聚焦在空间中比较小的一个范围内，在持续时间上也不断缩短。

因此，激光的全部能量就集中在了很小的空间与时间范围内，能在一瞬间达到很高的强度。

当然，如果有朝一日，人们的技术水平提高了，连续激光也能实现很高强度时，脉冲激光可能会失去研究价值和应用价值。

本文来源：北京科学中心

如有侵权请联系管理员，我们将在24小时内删除

低温等离子体技术

等离子体是一种在特定条件下电离的气体物质，被称为物质的第4态。由带电的离子、电子以及中性粒子组成，整个体系呈电中性。宇宙中99．9%的物质都处于等离子体的状态。

为了研究的需要常把等离子体分为高密度和低密度的;稳态的和瞬态的;强电离和弱电离的;热力学平衡和非热力学平衡的，等等。但最常见的是按温度分为高温等离子体和低温等离子体。高温等离子体是热力学平衡的等离子体，热力学温度为106~108K。低温等离子体又分为热等离子体和冷等离子体，热等离子体是热力学平衡或近热力学平衡的等离子体，其热力学温度为103~10°K，如电弧等离子体、高频等离子体和燃烧等离子体。冷等离子体是非热力学平衡的等离子体，其电子温度T。为3×(102~105)K，而电子温度和气体温度T,之比:T./TR=10~100。如低气压辉光放电等离子体、介质阻挡放电等离子体等。由于低温等离子体是一种处于非热平衡状态的等离子体，此时电子在与离子或中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，电子温度远远大于离子或中性粒子的温度，并且整体温度接近于室温，所以称之为低温等离子体。

低温等离子体产生方式

低温等离子体通常通过气体放电的形式获得。根据放电形式的不同，低温等离子体可以分为下述几种：辉光放电(glowdischarge)、电晕放电（coronadischarge)、介质阻挡放电(dielectricbarrierdischarge)以及大气压下辉光放电（atmosphericpressureglowdischarge)。

辉光放电(GlowDischarge) 　　

辉光放电属于低气压放电(low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器内放置两个平行的电极板，利用电子将中性原子和分子激发，当粒子由激发态(excited state)降回至基态(ground state)时会以光的形式释放出能量。电源可以为直流电源也可以是交流电源。每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。因此，实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。到2013年止的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等? 。

电晕放电(CoronaDischarge)

气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。是最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电。发生电晕时在电极周围可以看到光亮，并伴有咝咝声。电晕放电可以是相对稳定的放电形式，也可以是不均匀电场间隙击穿过程中的早期发展阶段 。 　

介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)

介质阻挡放电(DBD)是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10。电源频率可从50Hz至1MHz。电极结构的设计形式多种多样。在两个放电电极之间充满某种工作气体,并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖,也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。在实际应用中，管线式的电极结构被广泛的应用于各种化学反应器中，而平板式电极结构则被广泛的应用于工业中的高分子和金属薄膜及板材的改性、接枝、表面张力的提高、清洗和亲水改性中 。

实际上，要使电子和离子以及原子达到热平衡，必须具有非常高的压力和温度。热等离子体的典型事例是恒星。显然，热等离子体是不适宜用来处理材料的，因为地球上没有哪种材料能够耐受热等离子体的温度。与热等离子体相比，低温等离子体的温度仅在室温程度或者稍高，电子具有比离子和原子更高的温度，一 般能够达到 0.1~10 个电子伏。而且由于气体的压力低， 电子与离子之间的碰撞很少，因而不能达到热力学平衡。由于低温等离子体的温度在室温范围，因而可以在材料领域内获得应用。

低温等离子体技术应用

低温等离子体技术经历了一个由20世纪60年代初的空间等离子体研究向20世纪80年代和90年代以材料为导向的研究领域的大转变,高速发展的微电子科学,环境科学,能源、医学与材料科学等,为低温等离子体科学发展带来了新的机遇和挑战。

等离子体应用是一个具有全球性影响的重要的科学与工程,对高科技产业发展及许多传统工业的改造都有着直接的影响。在高新技术领域,低温等离子体具有其他技术无法替代的优势。低温等离子体提供了独特的化学活性环境，被广泛地应用于材料制备、结构制造、表面改性等。在传统工业改造方面,尤其是在能源和环保领域,等离子体应用也日益增多,如节能新工艺、能源化工,煤的气化等。在国家安全方面,低温等离子体除了应用于核爆炸模拟以外,还可用于多种国防技术,例如等离子体天线,利用等离子体与电磁波相互作用开展的等离子体隐身、等离子体动能武器等等。

等离子体科学是一门快速成长的学科,如近年来发展起来的新型放电技术如大气压等离子体、微放电等离子体,它们极大地丰富了低温等离子体的研究空间，产生了许多新效应,新现象。令人欣慰的是,在当前的能源危机、环境变暖、疾病传播等重大问题方面,等离子体科学和技术的作用已经日趋显现,如等离子体聚变,煤裂解、甲烷转化,等离子体垃圾处理,等离子体抗菌灭菌,细胞的培养等。可以相信,随着等离子体科学研究的深入,作为一种高效,绿色的新型技术,等离子体技术一定能为解决社会可持续发展中遇到的问题和困难做出重要贡献。

等离子体表面改性技术是一种气-固相干式反应体系,具有不引入其他物质、不污染 环境,能够有效地改善金属、聚合物表面的亲水性、疏水性及生物相容性,大幅度提高金 属-金属、金属-聚合物之间的结合牢固度。金属表面清洗是生产各种金属制品的预备过程和前提条件。合适的清洗手段和高质量的清洗工艺可提高金属制品的质量，改善产品的性能。在各种清洗手段中，等离子体表面处理技术是近些年来一种新兴的清洗技术，也是目前国内外大气压等离子体射流应用领域的研究热点之一。与传统清洗技术相比，等离子体表面处理术具有高效，环保无污染等优势，而且与其它清洗技术相比，等离子体表面处理区域和清洗区域空间分离，具有操作快捷简单，成本低廉，可控性强等优势。

固体发动机燃烧室壳体的材质以钢为主，通常选用喷砂、溶剂清洗等方式处理，再粘贴绝热层，对其燃烧室壳体起隔热和热防护作用，防止高温高压燃气降低壳体强度和危及其结构完整性，保证发动机可靠地进行工作。

三元乙丙橡胶(EPDM)以其低密度、良好的耐候性、耐老化性能、高绝热性能以及突 出的耐烧蚀性等优点，被广泛用于航空航天等领域，特别适用于固体火箭发动机燃烧室 内绝热层 。目前，国内在 EPDM 作为固体发动机内绝热材料方面研究工作取得了很 大进展，但 EPDM 橡胶分子主链结构处于饱和状态，本身为弱极性材料，表面能低、接 触角大，胶粘剂浸润难度大，并存在弱边界层，造成其粘接困难，粘接强度低，限制了其在更广范围内的应用。EPDM密封胶条在喷涂润滑涂层或植绒胶水以前的预处理工艺，代替机械打磨及化学底涂工艺，绿色环保。借助等离子体表面处理技术，密封胶条的预处理过程变得更加稳定高效，并且没有磨损。

等离子体表面处理能够提高高钢表面的亲水性，主要是通过材料表面的清洗作用来实现的，亲水性受处理功率、时间、距离及次数的影响，影响作用的大小依次为功率、距离、时 间和次数。剪切强度与钢表面的表面能有着对应关系。同等条件下，表面能的提高有利于粘接性能的提高。