近代物理讲座第五讲 等离子体物理与受控热核反应简介

一、什么是等离子体1.等离子体是物质的第四态 随着温度的升高,一般物质可经历固态、液态和气态,统称物质三态.在很高温度下,中性的分子和原子将离解和离化,变成电子和离子,物质进入一种新的状态——等离子体态.因此,等离子体可称为物质的第四态. 如上所述,等离子体就是由电子和离子组成的混合物(在未完全电离的等离子体中,还可包括一部分中性的原子和分子).电子和离子分别带负、正电荷,但是它们的电荷总量是相等的,因此从总体来看,等离子体还是呈电中性的.需要指出,并非所有包含电子、离子的气体都能称为等离子体,这里有一个量的要求,称为…     

等离子体科学技术应用专题系列介绍——第七讲 低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

一、低温等离子体概述 等离子体是一种电离的气态物质,称为物质第四态,宇宙中99.9%的物质都处于等离子体态.它由带电的电子、离子和中性粒子组成.粒子之间不断碰撞发生能量交换,同类粒子之间容易通过碰撞交换能量达到热力学平衡,因而有电子温度Tc,离子温度T1气体温度Ts按照研究的不同目的,等离子体可以作不同的分类.根据温度分为高温等离子体和低温等离子体.当电子温度105-108K时,称为高温等离子体,属于热力学平衡或局部热力学平衡等离子体,如太阳上的等离子体和核聚变等离子体等.当电子温度为3×102-105K时称为低温等离子体.低温等离子体…     

铀U~(92+)

在加利福尼亚大学的劳恩斯·贝克勒耳实验室(LBL)中,科学家已首次制造出纯铀核U92+,即铀原子的九十二个电子全部被电离而产生的铀核. 当铀原子以光速的87%的速度穿过金属薄片时,它穿过物质的速度比电子在铀核周围运动的速度快,这样,铀原子与物质的碰撞就会导致电子的落后而脱离,因而在这种速度下,铀的电子就被电离掉了,当铀穿过0.1毫米厚的铜箔(大约有一张纸厚)时,85%的铀原子电离掉了所有的电子,剩下的15%的铀原子也变成了只带有一个电子的离子. 这种铀离子是在劳恩斯·贝克勒耳实验室的Bevalac中产生的,Bevalac是高能质子同步稳相加速…     

含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发和电离截面的理论研究

采用扭曲波玻恩交换近似方法，在自由原子模型下计算了电子与离子碰撞激发、电离截面，计算值与实验一致；在含温有界平均原子模型下，系统研究了不同温度、密度等离子体中离子的电子碰撞直接电离截面，发现由于温度、密度效应导致离子的能级漂移，引起等离子体中离子的碰撞电离截面比自由原子情形发生较大变化. 关键词： 平均原子模型 扭曲波波恩交换近似 电离截面     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明:碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明：碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

Cq+(q=1-4)与He,Ne,Ar碰撞的电子损失截面测量与研究

在中能区测量了C^q+(q=1-4)与He,Ne,Ar气体原子碰撞的电子损失截面,计算分析了入射离子损失两个电子与一个电子的总截面比 R₂₁. 单反应道分析无法完全解释所有实验结果,必须同时考虑入射离子的电子损失、电子俘获和靶原子电离各种出射道间的耦合作用. 对于不同靶原子的碰撞,入射离子损失一个电子和两个电子的速度阈值可以由屏蔽和反屏蔽理论解释. 然而,该理论不能完全解释截面比 R₂₁ 关键词： 离子-原子碰撞 截面 电子损失     

真空弧Ti-H等离子体热力学参数的原子发射光谱双温度研究北大核心CSCD

金属氢化物作阴极的真空弧离子源,假设其放电产生双温度的非平衡态Ti-H等离子体,其内部的气体解离过程和粒子电离过程分别由Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程进行描述,结合原子发射光谱以及电荷准中性条件,求出Ti-H等离子体的电子温度Te、重粒子温度Th和粒子数密度之后,可更进一步对等离子体的质量密度、焓、比热容等热力学参数进行描述。在不同的电子数密度下,研究各参数随变量θ(电子温度Te与重粒子温度Th的比值)变化的情况。计算结果显示:电子数密度已知,随θ值升高,除氢气分子数密度外,等离子体温度和单原子粒子数密度的计算结果均变化甚微。高电子数密度时,等离子体中单原子粒子占绝对优势,热力学参数由其控制;低电子数密度下,随θ值的升高,等离子体逐步由单原子粒子占优势转为氢气分子占绝对优势,热力学参数的变化情况表现出相同的规律。     

等离子体物理学的发展概况

等离子体物理是一门新兴学科.等离子体被列为物质的第四种状态,在地球上它是少见的,而在宇宙间却是普遍存在的一种状态,组成固、液、气态的原子或分子都是电中性的,它们之间只有近程的相互作用.等离子体却不然,它包含有游离的带电粒子——自由电子和离子.它们以远程的电磁力相互作用着,并与外界电磁场有着强烈的耦合,尤其在磁场中它表现出很多特异的运动规律,因此有的时候被称为磁流体. 当温度比较高时。热能就能使原子电离,所以高温物质应当处于等离子体状态.温度足够高时,原子的动能能够克服核间的库仑势垒发生所谓热核反应(氘、氚原子要…     

纳米尺度上的表面电子动力学

 揭示物质结构、物质间相互作用及其运动规律是物理学永恒的主题。经过百多年来的努力,人们已明确了常见物质的基本结构：普通物质是由分子、离子、原子等组成。而作为基本单元的原子又是由电子和原子核两部分结合而成;欲了解物质结构和运动规律就不得不深入地认识原子核周围的电子分布和电子运动形式。原子的运动在相当程度上也是由它们的电子结构和运动规律所决定和驱动的。所以,电子动力学的研究对于理解基本物质组成和动力学规律、探索新奇的物理现象、发展新材料有着举足轻重的影响。     

尘埃等离子体

 尘埃等离子体是一种复杂的物质形态,由普通的等离子体和悬浮在其中的固体颗粒组成。一般的等离子体由带负电的电子和带正电的离子组成,再加入固体颗粒就形成三组分的物质(图1)。等离子体中的作用主要是静电的相互作用,而悬浮在等离子体中的颗粒一般也是带电的,所以这些颗粒也参与了与其他两种粒子的相互作用,使这种物质形态内的过程更复杂。     

溴化亚铜激光气体温度的径向分布与时间变化

应用脉冲期间等离子体电子温度和电子密度实验值,通过一自洽模型,得到了CuBr激光气体温度、原子密度的径向分布与时间变化。中心气体温度1400—1800K。中心温度随时间的波动达300-500K。气体原子密度的径向分布呈一凹形。 关键词：     

静电及相关技术的现代发展

 一、静电的产生摩擦起电是产生静电荷的基本原因。两种物质的表面产生摩擦时,机械能转化为内能,使某一物质结构的原子外层电子获得能量挣脱原子核的束缚成为自由电子,这一物质表面便可失去电子带正电,另一物质表面则由于得到电子而带有等量的负电荷。产生静电荷的多少与摩擦的力度即接触面的压力、接触分离的速度成正比。由此类推,一定条件下气体或液体的流动,粉状物质的输送过程同样会产生静电。静电产生的另一直接原因就是感应带电。在外电场的作用下,电场力使外层电子挣脱成为自由电子而在物体表面产生静电。外电场越强,所积累的静电荷越多。     

用自洽的蒙特卡罗—流体结合模型模拟溅射过程

 采用自洽的蒙特卡罗－流体结合模型对溅射过程进行模拟,以了解等离子体粒子行为与溅射参数的关系。溅射过程包括气体放电和溅射原子传输。对于气体放电,蒙特卡罗部分模拟快电子和快气体原子,而流体部分则描述离子和慢电子。对于溅射原子传输,蒙特卡罗部分模拟溅射原子的碰撞过程,而流体部分则描述溅射原子的扩散和漂移。模拟的结果包括：等离子体粒子的密度和能量分布;不同电离机制对气体原子和溅射原子电离的贡献;不同等离子体粒子对阴极溅射碰撞的贡献;溅射原子的密度分布;溅射场和溅射粒子相对于入射离子能量和角度的分布;溅射原子经碰撞后在整个等离子体区的分布。     

Al,Ti,Cu,Mo原子的K壳层电离截面的理论计算

 电子离子碰撞过程是模拟激光等离子体的超热电子的能谱和产额的主要过程之一。基于相对论性的电子离子碰撞的K壳层的电离截面理论,计算了Al,Ti,Cu,Mo原子的K壳层的电子离子碰撞截面,结果和最近的文献实验数值和其它理论数值进行了比较,计算结果可用来模拟激光等离子体的超热电子能谱和产额。     

多电子激发态离子的自电离衰变处理方法

在分析当前描述离子与原子碰撞的经典理论模型的基础上,详细讨论了处理多电子激发态自电离衰变问题的一些新的思路,把高电荷态离子与原子碰撞反应中的电子转移过程分为四阶段描述,并依据能量守恒原理,规范了处理多电子激发态离子发生自电离衰变的规则,自洽地解决碰撞中间过程中俘获多电子后的离子发生自电离向末态衰变的问题,并分析和比较了新的计算结果与实验结果     

激光金等离子体的电子离子碰撞电离速率系数

电子离子碰撞电离过程在超组态碰撞辐射(SCROLL)模型中真实模拟非局域热动力学平衡(non-LTE)高Z材料Au激光等离子体M带谱5f-3d跃迁中各种复杂离子的电离态特性,诸如离子的平均电离度和电荷态分布是一个主要过程.基于准相对论扭曲波玻恩交换近似,采用组态平均的方法,从头计算了金M带类铁金离子-类锗金离子的电子离子碰撞电离速率系数,其中电离截面的高能行为由Bethe系数决定.结果表明:在"神光Ⅱ"实验装置诊断的电子温度～2keV,电子密度～6×1021cm-3范围内,这些参数有利于使用超组态碰撞辐射模型拟Au的激光等离子体M带细致谱5f-3d跃迁的平均电离度和电荷态分布.     

多电子激发态离子的自由离衰变处理方法

在分析当前描述离子与原子碰撞的经典理论模型的基础上,详细讨论了处理多电子激发态自电离衰变问题的一些新的思路,把高电荷态离子与原子碰撞反应中的电子转移过程分为四阶段描述,并依据能量守恒原理,规范了处理多电子激发态离子发生自电离衰变的规则,自洽地解决碰撞中间过程中俘获多电子后的离子发生自电离向末态衰变的问题,并分析和比较了新的计算结果与实验结果。     

低能He2+-He碰撞体系转移电离机理的实验研究

利用冷靶反冲离子动量谱仪,对低能He²⁺-He碰撞反应中产生的反冲靶离子和炮弹离子进行了符合测量,根据反冲靶离子的动量,研究了转移电离过程中的电荷转移机理.实验结果表明：在20—40 keV能量范围内,靶原子上的一个电子俘获到炮弹离子的基态,另一个电子直接发射到靶的连续态的直接电离及另一个电子俘获到炮弹离子的连续态的过程(ECC)是最主要的转移电离机理,且ECC过程主要发生在大碰撞参数条件下;炮弹离子俘获两个电子处在双激发态的自电离过程的贡献很小. 关键词： 冷靶反冲离子动量谱仪 转移电离机理 离子原子碰撞     

浅谈新核素铂-202

 原子和原子核是物质构成的两个不同层次,它们以不同的方式决定着物质的特性.原子由三种成份组成:质子、中子和电子.质子带正电荷,中子不带电荷,而电子带负电荷,电子的数目和质子的数目相等,这样原子就成了中性的物质单元.质子和中子位于原子的中心构成了原子核,电子则围绕原子核运动.这些核外电子决定了原子(元素)的化学性质.著名的门捷列夫元素周期表就是根据元素的电子组态建立的,它科学地反映了元素化学性质的周期变化.元素周期表的形成和不断的完善对科学技术的发展及人类社会生活起了重大作用.