等離子體隱身機(jī)理研究

1、等離子體物理及應(yīng)用,科大，2002年12月14日,劉 萬 東 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系,什么是等離子體？,由大量的帶電粒子組成的非束縛態(tài)的宏觀體系非束縛性：異類帶電粒子之間相互“自由”，等離子體的基本粒子元是正負(fù)荷電的粒子（電子、離子），而不是其結(jié)合體。粒子與電磁場(chǎng)的不可分割性：等離子體中粒子的運(yùn)動(dòng)與電磁場(chǎng)（外場(chǎng)及粒子產(chǎn)生的自洽場(chǎng)）的運(yùn)動(dòng)緊密耦合，不可分割。集體效應(yīng)起主導(dǎo)作用：等離子體中相互作用的電磁力是長(zhǎng)程的。,等離

2、子體是物質(zhì)第四態(tài),00C,1000C,100000C,,,,電離氣體是一種常見的等離子體,放電是使氣體轉(zhuǎn)變成等離子體的一種常見形式等離子體 ? 電離氣體,普通氣體,等離子體,需要有足夠的電離度的電離氣體才具有等離子體性質(zhì)?！半娦浴北取爸行浴备匾?( 電離度 >10-4 ),宇宙中90％物質(zhì)處于等離子體態(tài),人類的生存伴隨著水，水存在的環(huán)境是地球文明得以進(jìn)化、發(fā)展的的熱力學(xué)環(huán)境，這種環(huán)境遠(yuǎn)離等離子體物態(tài)普遍存在的狀態(tài)。因

3、而，天然等離子體就只能存在于遠(yuǎn)離人群的地方，以閃電、極光的形式為人們所敬畏、所贊嘆。由地球表面向外，等離子體是幾乎所有可見物質(zhì)的存在形式，大氣外側(cè)的電離層、日地空間的太陽風(fēng)、太陽日冕、太陽內(nèi)部、星際空間、星云及星團(tuán)，毫無例外的都是等離子體。,宇宙中90％物質(zhì)處于等離子體態(tài),地球上，人造的等離子體也越來越多地出現(xiàn)在我們的周圍。日常生活中：日光燈、電弧、等離子體顯示屏、臭氧發(fā)生器典型的工業(yè)應(yīng)用：等離子體刻蝕、鍍膜、表面改性、噴涂、燒結(jié)

4、、冶煉、加熱、有害物處理高技術(shù)應(yīng)用：托卡馬克、慣性約束聚變、氫彈、高功率微波器件、離子源、強(qiáng)流束、飛行器鞘套與尾跡,等離子體參數(shù)空間,等離子體物理學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)史,19世紀(jì)30年代起放電管中電離氣體，現(xiàn)象認(rèn)識(shí)建立等離子體物理基本理論框架20世紀(jì)50年代起受控?zé)岷司圩兛臻g技術(shù)等離子體物理成為獨(dú)立的分支學(xué)科20世紀(jì)80年代起氣體放電和電弧技術(shù)發(fā)展應(yīng)用低溫等離子體物理發(fā)展,等離子體物理研究領(lǐng)域,低溫應(yīng)用等離子體高溫聚變等離子

5、體空間和天體等離子體,,等離子體分類,在等離子體中引入電場(chǎng)，經(jīng)過一定的時(shí)間……..,,德拜( Debye )屏蔽,等離子體特性,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,＋,在等離子體中引入電場(chǎng)，經(jīng)過一定的時(shí)間，等離子體中的電子、離子將移動(dòng)，屏蔽電場(chǎng)

6、——德拜屏蔽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,德拜( Debye )屏蔽,等離子體特性,－,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,屏蔽層厚度：德拜長(zhǎng)度 lD,特征響應(yīng)時(shí)間：tp＝ lD/vT＝1/wp,,,,,,,,,,,,,,,,,

7、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,＋,在等離子體內(nèi)部，正、負(fù)電荷數(shù)幾乎相等——準(zhǔn)中性 ne ? ni,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

8、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,準(zhǔn)中性,等離子體特性,－,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,等離子體基本條件,空間尺度要求 ：等離子體線度遠(yuǎn)大于德拜長(zhǎng)度lD > tp集合體要求：在德拜球中粒子數(shù)足夠多，具有統(tǒng)計(jì)意義ND ＝ ne (4 plD3 /3 ) >> 1,非磁化等離子體中波動(dòng),離子聲波：離子運(yùn)動(dòng)，低頻，與普通聲波類似，縱波電子等離子體波

9、：電子運(yùn)動(dòng)，高頻，縱波電磁波：橫波，等離子體可視為介質(zhì)，折射率 n<1 ，小于等離子體頻率的波不能傳播,等離子體波,,,,,,無線電波在電離層的反射,截止層： f = fc = 9 ne1/2,等離子體波,,,,,,,磁化等離子體中波動(dòng),Alfen 波：低頻波，等離子體與磁場(chǎng)凍結(jié)在一起，相當(dāng)于彈性介質(zhì)：平行于磁場(chǎng)傳播的波：左旋偏振波、右旋偏振波垂直于磁場(chǎng)傳播的波：尋常波、異常波,等離子體波,,,,,,

10、冷等離子體應(yīng)用,等離子體的化學(xué)過程刻蝕化學(xué)氣相沉積（成膜）等離子體材料處理表面改性表面冶金光源冷光源（節(jié)能）,低溫等離子體應(yīng)用,,,,,納米尺度上針尖狀表面,特征類金剛石表面制造,實(shí)驗(yàn)室與日本原子力所先進(jìn)科學(xué)研究中心合作，開展了非平衡薄膜表面制造的研究，成功第地制備了納米尺度的針狀表面、波紋表面，樹枝狀表面、正弦表面等表面結(jié)構(gòu)，其中波紋表面，是應(yīng)用薄膜生長(zhǎng)過程的自組織過程中直接形成的。（J. Chem.Phys. 116

11、, 10458，2002）,,納米尺度上波紋狀表面,樹枝狀表面,毫米級(jí)厚金剛石片制備研究,應(yīng)用PCVD方法開展金剛石模制備研究開展了多年，對(duì)制備過程中物理化學(xué)及工藝過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究?？梢苑€(wěn)定地制備高質(zhì)量毫米量級(jí)厚度的金剛石片，并用金剛石膜加工成金剛石電子熱沉片，熱導(dǎo)率高達(dá)7.6W/(k·cm)，可用于大功率電子器件。（ Physics of Plasma, 5, 1541, 1998、 J. Phys. D, 31, 3

12、327, 1998、J. Vac. Sci. Tech. A，20, 941, 2002）,,純金剛石片（直徑30mm）,半透純金剛石熱沉片10x10 mm2,帶Si襯底的金剛石厚膜,金剛石質(zhì)量表征,熱等離子體應(yīng)用,高溫加熱冶金、焊接、切割材料合成、加工陶瓷燒結(jié)、噴涂、三廢處理光源強(qiáng)光源,低溫等離子體應(yīng)用,,,,,等離子體軍事及高技術(shù)應(yīng)用,軍事應(yīng)用等離子體天線、等離子體隱身、等離子體減阻、等離子體鞘套、等離子體誘餌高

13、技術(shù)大功率微波器件、X射線激光、強(qiáng)流束技術(shù)、等離子體推進(jìn),低溫等離子體應(yīng)用,,,,,,,低溫等離子體應(yīng)用,什么保護(hù)了我們地球：等離子體,空間天體等離子體,,,,,北極光,,空間天體等離子體,我們的太 陽,,空間天體等離子體,星系：巨大的聚變反應(yīng)堆,,空間天體等離子體,聚變與裂變能,聚變等離子體,,,,,,,,,D,3He,4He,,T,U,Li,聚變,裂變,,,,聚變能,裂變能,原子質(zhì)量,平均結(jié)合能,核聚變反應(yīng),聚變等離子體,D +

14、T = n + 4HeD + T = p + 3He,受控?zé)岷司圩?,聚變等離子體,10克氘＋15克氚 ＝> 人一生所需能源 500升海水含10克氘 無環(huán)境污染及長(zhǎng)壽命放 射性廢料,,,聚變需要億度高溫,聚變等離子體,勞遜判據(jù)（Q＝1）T>10keV （1億度）nt > 3x1020m-3s,,實(shí)現(xiàn)聚變的三種途徑,聚變等離子體,托卡馬克裝置( JET ),,聚變等離子體,How Fusio

15、n Energy is Produced,,磁約束聚變研究進(jìn)展,聚變等離子體,美國(guó)Nova激光聚變裝置,,1985年建成，10路45000焦耳，1納秒2倍頻/3倍頻,,,美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火（NIF）激光聚變裝置,激光聚變電站,,,,,,神光II、星光II激光聚變裝置,總 結(jié),等離子體科學(xué)涵蓋了受控?zé)岷司圩儭⒌蜏氐入x子體物理及應(yīng)用、國(guó)防和高技術(shù)應(yīng)用、天體和空間等離子體物理等分支領(lǐng)域。等離子體科學(xué)在能源、材料、信息、環(huán)保、國(guó)防、微電子

16、、半導(dǎo)體、航空、航天、冶金、生物醫(yī)學(xué)、造紙、化工、紡織、通訊等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。等離子體研究領(lǐng)域?qū)θ祟惷媾R的能源、材料、信息、環(huán)保等許多全局性問題的解決具有重大意義。,,有一位“哲人”曰： 我經(jīng)常將等離子體人性化，她的許多表現(xiàn)酷似于我們?nèi)祟悾３２恍枰獱繌?qiáng)的聯(lián)想，就可以用我們?nèi)粘５慕?jīng)驗(yàn)，甚至是我們內(nèi)心的感受來理解她的行為等離子體中的兩性： 相互獨(dú)立又相互扶持，平和時(shí)若即若離，逃逸時(shí)則攜手并肩。等離子體中的相互作用： 長(zhǎng)則綿綿，短則