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等離子體物理范文1

太陽物理學(xué)是一門快速發(fā)展的學(xué)科，主要研究太陽活動、日球?qū)樱╤eliosphere）和氣候環(huán)境。過去的幾個世紀(jì)，我們對于太陽怎樣影響空間天氣和地球及其他行星的氣候的理解取得了很大進展。太陽是一個磁變星，它對于含有固有磁場的行星、含有大氣的行星或像地球一樣既有固有磁場又含有大氣的行星都有重要影響。

本書是太陽物理學(xué)系列叢書的第1卷，主要整合了不同的主題，使之成為一個連貫的知識體系，提供了相關(guān)課程和研討會上先進水平的核心資源。它強調(diào)了太陽領(lǐng)域到地球領(lǐng)域耦合作用的物理過程，并提出了對于太陽風(fēng)和地球磁場、大氣和氣候系統(tǒng)輻射的相互作用的深刻認(rèn)識和見解。

全書共13章：1.序言；2.太陽物理學(xué)簡介，主要論述了磁場的建立和湮沒及耦合、間斷面的形成、能量轉(zhuǎn)換等概念和物理過程；3.磁場的建立和湮沒，重點是磁流體動理論、發(fā)電機問題和平均場理論；4.磁場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容是磁場線的物理意義、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)域的分類和磁螺旋性的概念；5.磁重聯(lián)，主要論述了磁重聯(lián)的基本概念、二維重聯(lián)和三維重聯(lián)的概念和特征；6.磁場結(jié)構(gòu)，主要包括宇宙等離子磁流片的概念、磁流管和磁通量繩的定義；7.空間等離子體的湍流，主要介紹了流體力學(xué)湍流、行星際湍流的頻譜、等離子體湍流的逆高斯分布和星際湍流；8.太陽大氣，包括了色球?qū)印⒏擀律驅(qū)印⑷彰峒訜岷屯鈱犹柎髿獾恼菽M；9.恒星風(fēng)和磁場，主要討論了日冕的氦豐度和質(zhì)子通量、太陽風(fēng)的能量預(yù)算和模型；10.行星磁層的基本理論，主要探討了太陽風(fēng)和行星磁場的相互作用、等離子體流和磁層―電離層的相互作用、等離子體源和傳遞過程；11.太陽風(fēng)磁層耦合，即一種磁流體動理論觀點，主要包括全球磁流體動理論模型、磁鞘建模、磁層性的對流、磁層中的力和能量流；12.電離層和色球?qū)樱饕榻B了中性氣體混合、分離作用和全球環(huán)流以及太陽色球?qū)雍偷厍螂婋x層的比較；13.行星環(huán)境的比較，包括木星、土星、天王星、海王星和水星的環(huán)境比較及存在的突出問題。

本書不是一本個人專著，而是由眾多論文編纂而成，各章節(jié)的原作者都是太陽物理學(xué)方向的專家。第1編者Carolus J.Schrijver曾先后工作在科羅拉多州大學(xué)、美國國家太陽天文臺、歐洲航天局和荷蘭皇家科學(xué)院，目前是洛克希德?馬丁公司先進技術(shù)中心的物理學(xué)家，還是《Solar Physics》（Springer出版）等期刊的編委。第2編者George L.Siscoe是麻省理工學(xué)院的物理學(xué)博士，先后在美國加州理工學(xué)院、麻省理工學(xué)院和加利福尼亞大學(xué)工作，目前是波士頓大學(xué)天文學(xué)部的研究員，還是《Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics》（Elsevier出版）的編委和美國地球物理聯(lián)盟的一員。

本書內(nèi)容豐富，涉及面廣，且通俗易懂，可作為太陽物理學(xué)、空間物理、高層大氣物理、空間天氣等相關(guān)專業(yè)的研究生教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員的基礎(chǔ)性參考書。

等離子體物理范文2

關(guān)鍵詞：量子等離子體 波的傳播特性 研究

中圖分類號：0534.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）02（c）-0198-02

等離子體是一種非束縛態(tài)的宏觀體系，其是由大量的帶電粒子組成的，因此，其不單單具有較高的導(dǎo)電率，且與電磁場之間具有十分強烈的耦合作用。我們在研究等離子體物理的過程中，需要對帶點離子系統(tǒng)中的電磁相互作用進行分析，從而研究其中的多體動力學(xué)。而最早關(guān)于等離子體的研究實在20世紀(jì)初，有很多的物理學(xué)家對與氣體的放電現(xiàn)象具有較高的研究興趣。在第二次世界大戰(zhàn)之后，關(guān)于等離子體的研究也逐步走向正軌，從理論和實驗上相互結(jié)合起來[1]。這都是因為，當(dāng)時在軍事上的氫彈研究以及戰(zhàn)爭后的和平時期中的熱核聚變產(chǎn)能研究上興起的，當(dāng)時的研究者對大氣物理學(xué)以及地球物理學(xué)進行了深入的研究和探討，并認(rèn)為我們所處的宇宙中，有接近90%以上的物質(zhì)是通過等離子體的形式而普遍存在的。接著，人們在太陽的表面以及恒星的內(nèi)部甚至是星際之間的介質(zhì)中都發(fā)現(xiàn)了等離子體。比較傳統(tǒng)的等離子物理學(xué)主要的研究條件是高溫以及低密度，而在高溫條件和低密度的情況下，等離子體的量子效應(yīng)往往可以被忽略掉[2]。所以，單純的使用經(jīng)典物理學(xué)，可以實現(xiàn)對等離子體的動力進行深入的研究。隨著人們對微型半導(dǎo)體器件研究的逐漸深入，等離子體的量子效應(yīng)以及邊界效應(yīng)都引起了科學(xué)教的廣泛關(guān)注。而量子等離子體也在不同的環(huán)境中被廣泛應(yīng)用。其中，包含高密度的天體物理研究系統(tǒng)以及非線性量子光學(xué)等等[3]。

1 量子等離子體需要存在的物理環(huán)境分析

若在量子等離子體系中研究的過程中，當(dāng)帶電離子中的熱德布羅意波長可以和帶電離子的等離子系統(tǒng)內(nèi)部的空間尺寸相互比較時，我們可以認(rèn)為量子效應(yīng)能在等離子動力學(xué)中具有至關(guān)重要的作用。而對于經(jīng)典的等離子體系來說，等離子需要滿足以下條件，即，但是就我們研究的量子等離子體來說，其需要滿足的條件，而公式中的λ指的是德布羅意波長，n則是等離子電子的數(shù)密度大小。

不單單聚變效應(yīng)會在高溫以及低密度的環(huán)境下存在，空間等離子體也會處于高溫以及低密度的狀態(tài)下，因此，其中的量子效應(yīng)可以背忽視。作為一個普通金屬中的電子氣，其會兼具等離子的屬性以及量子效應(yīng)的相關(guān)系統(tǒng)。金屬中的價電子不會受到原子中的核束縛，因此，金屬中的價電子會像自由粒子一樣，所以，金屬一般具有較好的導(dǎo)電性，是一種導(dǎo)體。目前，我國對金屬的有關(guān)屬性往往是通過對金屬中的電子研究實現(xiàn)的，但是我們在研究的過程中，往往把金屬中的電子近似成為等離子體進行研究，這樣可以充分地了解金屬的特點。無論是在室溫環(huán)境中還是在標(biāo)準(zhǔn)的金屬密度條件下，量子效應(yīng)往往不能忽略不看，所以，我們可以把金屬中的電子氣當(dāng)作是研究的主要對象，也就是量子等離子體。而量子等離子體還有可能是由半導(dǎo)體物理的研究發(fā)展起來的。這是因為半導(dǎo)體中的電子密度往往比金屬中的低很多，而當(dāng)前所開發(fā)的電子器件逐漸走向小型化，因此逐漸達到了載流子的德布羅意波長，并可以和半導(dǎo)體參雜面的空間尺度相互比較，所以，研究好量子效應(yīng)可以實現(xiàn)對電子元件行為的研究，并在其中起到關(guān)鍵性的作用。而量子等離子體在比較罕見的天體物理中也會存在，比如宇宙中的白矮星中，其密度是我們常見的普通固體的十幾甚至是幾十個數(shù)量級。正因為白矮星中的溫度得到了等離子發(fā)生聚變的環(huán)境溫度，所以，其可以保持量子行為。

2 耦合參數(shù)分析

電子熱德布羅意波長可以定義為，在經(jīng)典理論中電子熱的德布羅意波長比較小，因此，電子具有較好的黎姿習(xí)慣，所以其中沒有包含波函數(shù)的疊加以及相應(yīng)的量子干涉效應(yīng)。所以，當(dāng)電子熱德布羅意波的波長比離子之間的平均距離大時，量子效應(yīng)的作用將更加明顯。此外，當(dāng)環(huán)境溫度比費米溫度低時，等離子體電子是處于簡并的狀態(tài)，此時其中的量子效應(yīng)也十分重要[4]。

3 量子效應(yīng)分析

量子等離子體中的BOHM勢能以及零溫費米壓力以及粒子的自旋等都可以對等離子體的動力學(xué)進行一定的改變。

（1）BOHM勢能和費米統(tǒng)計壓力分析。多粒子系統(tǒng)若是由同一種類型的粒子組成，可以分為N個純態(tài)，其中α取值1，2，……N。而每一個單粒子都滿足薛定諤方程。如下所示：

然后對粒子的數(shù)密度以及粒子的流速進行定義，其中，。把后者帶入到薛定諤方程后，得到：

（2）自旋效應(yīng)分析。根據(jù)相對論量子力學(xué)進行分析，得到非相對論的部分如下：

該式的后幾項得出了電子的順磁性，也就是自旋矢量和磁鲇蟹雌膠獾墓叵擔(dān)這樣的關(guān)系可以使得磁化系統(tǒng)的能量被有效降低。而把二分之一自旋粒子的自旋量帶入到泡利方程中，同時帶入波函數(shù)方程，最終得到自旋演化方程：

（3）量子電動力學(xué)的效應(yīng)分析。我們用拉氏密度對QED真空效應(yīng)進行描述，得到：

由拉式密度方程可以得到場方程，再結(jié)合麥克斯韋的無源方程，得到QED磁化效應(yīng)的張量修正，可以把以下的修正項加入到原有的磁化張量中去。

強磁場中的QED效應(yīng)可以對等離子體中含有的波的傳播速度實施改變。

所以，綜上得出，無論在低溫條件下，還是在高密度的條件下，得到的BOHM勢和費米壓力都有較為顯著的作用，這在固態(tài)的等離子體中或者其他的激光等離子體中較為明顯。而自旋動力學(xué)的復(fù)雜程度較高，因此，我們需要在其中找出自旋效應(yīng)的相關(guān)條件，這是研究量子等離子體的關(guān)鍵。我們可以根據(jù)其中的規(guī)律，找出一些較為簡單的關(guān)系，若自旋態(tài)的能量差和熱能量相互比較，前者較大時，或者在溫度值比較低的等離子體中以及強磁場周邊的等離子體中，其表現(xiàn)出來的自旋效應(yīng)會更加的明顯。若研究的目標(biāo)場強和薛定諤臨界場強相互比較時，其中的QED效應(yīng)的作用需要被突出，這在天體等離子體的研究中尤為明顯。當(dāng)?shù)入x子體的波長可以和COMPTON波長進行比較，且其等離子體的密度比較高是，具有短波特點的QED效應(yīng)也在整個系統(tǒng)中發(fā)揮出更加顯著的作用[5]。

4 邊界效應(yīng)分析

我們可以通過進行表示，其中右邊界修正的熱力學(xué)量是Q，若以三維比熱為例給出的邊界效應(yīng)表達式可以展開得到：

其熱力學(xué)量的邊界修正和自由空間熱力學(xué)之間與，這是邊界效應(yīng)的主要項，其中第一項對邊界的形狀進行反映，是一個幾何因子，若邊界的形狀越復(fù)雜，則該因子的影響也就越大，邊界效應(yīng)則越明顯。第二項突出了密度和邊界效應(yīng)的影響關(guān)系，其中電子密度越小，其中的邊界修正則越大。第三項則表明邊界效應(yīng)和系統(tǒng)的線性尺度相關(guān)。若量子點的線性尺度越小，邊界效用則越容易察覺到。邊界效應(yīng)的本質(zhì)是整個粒子系統(tǒng)的尺度以及粒子的運動波長帶來的影響。在低溫環(huán)境中粒子的運動波長較大，邊界效應(yīng)也較為明顯。溫度高時，則相反。所以，低溫是邊界效應(yīng)得以突顯的重要表現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，該文對量子等離子體中波的傳播特性進行研究，從量子等離子體需要存在的物理環(huán)境的分析出發(fā)，研究耦合參數(shù)，最后介紹量子效應(yīng)以及邊界效應(yīng)。由大量粒子的等離子的宏觀非束縛態(tài)體系的研究對于電磁場的極強耦合作用等方面的分析至關(guān)重要，為了更好地推動量子等離子體中波的傳播特性可以在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，建立新的模型。這樣能更好地推動量子等離子物理的研究。

參考文獻

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[2] 祝俊.量子等離子體中波的傳播特性[D].上海大學(xué)，2011.

[3] 李春華.量子等離子體中電磁波和表面波傳播特性的研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.

等離子體物理范文3

關(guān)鍵詞：中性束注入 快離子空間分布 平均自由程

中圖分類號：TL631 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0008-02

等離子體加熱是磁約束核聚變中最基本的問題之一，等離子體輔助加熱的主要手段有中性束注入加熱和射頻波加熱等[1，2]。中性束注入加熱相比于其他方法具有物理機制簡單、加熱效率高、不存與等離子體耦合問題等優(yōu)點，因而已成為各個實驗裝置中廣泛應(yīng)用的輔助加熱手段，并且取得很好的加熱效果，中性束注入加熱已經(jīng)成為高溫等離子體輔助加熱最有效的方法之一[3，4]。中性束注入等離子體后，快中性原子與本底等離子體中的電子和離子碰撞電離，或者與本底等離子體發(fā)生電荷交換而變成快離子，快離子再通過與本底等離子體碰撞慢化將能量傳遞給本底等離子體從而達到加熱等離子體的目的[5]。人們期望束能量盡可能的沉積在等離子體芯部達到加熱芯部等離子體目的，因而了解中性束與等離子體的相互作用過程，確定中性束離化產(chǎn)生的快離子空間分布對進一步研究中性束注入加熱的功率沉積、驅(qū)動電流等具有重要意義。

中性束注入加熱物理機制相對簡單，但是束與本底等離子體的相互作用也是一個非常復(fù)雜的過程，為了更好的分析中性束注入后與本底等離子體相互作用，開發(fā)了很多針對不同的中性束注入裝置的數(shù)值模擬程序來對束加熱等相關(guān)問題進行模擬分析[6～9]，目前常用的中性束注入模擬的程序有ONETWO/NUBEAM、ASTRA、NBEAMS、ACCOME 等[10，11]，這些模擬程序基本上都考慮了中性束注入的主要過程，即束的沉積、快離子軌道運動和快離子的慢化，但是采用的簡化模型和數(shù)值方法各有不同，對束沉積的求解有擴散束的方法和蒙特卡羅的方法。本文采用Rome等[5]的擴散束模型自主編寫了束沉積程序，數(shù)值模擬了中性束注1入等離子體產(chǎn)生的快離子空間分布。

1 物理模型

1.1 線束

一個流強為IB的線束從平面Z=ZB沿切向半徑R=RB方向注入注入等離子體如示于圖1所示。由圖可知，束注入和離開等離子體的半徑是，并假定中性束沒有打到托卡馬克等離子體的內(nèi)側(cè)，即處。

定義IBNB（s）/e為線束每秒沿中性束路徑上的一點的中性束粒子數(shù)，則NB可表示為[5]：

2 結(jié)果與分析

計算中采用的托卡馬克等離子體和中性束參數(shù)為HL-2A參數(shù)：大半徑： m；小半徑：a=0.45 m；環(huán)向中心磁場：；中心等離子體密度：；中性束能量E=25KeV，等效流強IB=2.3A。為簡化計算，設(shè)中性束從中平面注入，即，并取中性束為氫中性束。

圖2給出了快離子沿著中性束徑跡的分布隨平均自由程的變化情況，計算中 m。從圖中可以看到，在等離子體邊緣由于密度較小束沉積線性趨于零，當(dāng)平均自由程較小時，束沉積主要集中在低密度區(qū)，當(dāng)≥時，束可以沉積到等離子體中心，所得結(jié)果變化趨勢與文獻[5]吻合較好。

在線束模型中由于是線束注入點，是一個奇異點，在擴散束中通過積分處理可以消除這一奇異性。圖3給出了擴散束注入產(chǎn)生的快離子密度分布空間形狀因子。由圖可知，當(dāng)平均自由程較小時，中性束沉積主要分布在等離子體的外緣，并且將隨著平均自由程的增加在等離子體的中心沉積增大，當(dāng)平均自由程從（虛線所示）到，束沉積分布變化不大，而平均自由程進一步增大到時，在等離子體中心的沉積將會減少，因為此時有較大的束穿透損失。

3 結(jié)論

本文采用Rome的物理模型數(shù)值模擬了中性束注入等離子體產(chǎn)生的快離子空間分布。結(jié)果表明：平均自由程對快離子空間分布影響較大，要使束粒子和能量盡可能沉積在等離子體芯部，平均自由程約為小半徑的2倍為宜。本工作為下一步計算中性束功率沉積、加熱效率等打下基礎(chǔ)。

參考文獻

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等離子體物理范文4

關(guān)鍵詞：大氣等離子體；廢氣；處理技術(shù)；應(yīng)用

一、引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷進步和發(fā)展，排放到大氣中的硫氧化物、氮氧化物及有機廢氣等不斷增加，大氣污染造成的大氣質(zhì)量的惡化、酸雨現(xiàn)象、溫室效應(yīng)及臭氧層破壞足以威脅人類在地球上的生存和居住，其后果十分嚴(yán)峻，廢氣排放造成的環(huán)境污染問題逐漸引起人們的廣泛重視。廢氣處理指的是針對工業(yè)場所、工廠車間產(chǎn)生的廢氣在對外排放前進行預(yù)處理，以達到國家廢氣對外排放的標(biāo)準(zhǔn)的工作。一般廢氣處理包括了有機廢氣處理、粉塵廢氣處理、酸堿廢氣處理、異味廢氣處理和空氣殺菌消毒凈化等方面[1]。大氣壓等離子體技術(shù)是一門新興的環(huán)境污染處理手段，其在廢氣處理應(yīng)用中具有成本低，效果好、操作簡單，無需高價格的真空系統(tǒng)等特點，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要研究的是大氣等離子體技術(shù)在廢氣處理方面的應(yīng)用進展情況和可行性。

二、等離子體的研究現(xiàn)狀及特性

等離子體是一種電離狀態(tài)的氣體，它是由美國科學(xué)MUIR于1927年在研究低壓下汞蒸汽放電現(xiàn)象時命名的[2]。等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第4 種物質(zhì)存在形態(tài)，它是由大量的子、中性原子、激發(fā)態(tài)原子、光子和自由基等組成，但電子和正離子的電荷數(shù)必須體表現(xiàn)出電中性。常見的產(chǎn)生等離子體的方法是氣體放電，氣體放電等離子體主要分為以下幾種形式：①輝光放電；③介質(zhì)阻擋放電；④射頻放電；⑤微波放電。

大氣壓等離子體技術(shù)的實質(zhì)也就是氣體放電原理，氣體在電場作用下被擊穿而導(dǎo)電，由此產(chǎn)生的電離氣體叫做氣體放電等離子體[3]。我們把大氣壓等離子體分為平衡(熱)或非平衡(冷)等離子體兩大類。如今低氣壓等離子體己在材料處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，該種等離子體可產(chǎn)生用來刻蝕或沉積薄膜的高濃度活性粒子，然而在運行低氣壓等離子體時也存在一些缺陷，像真空系統(tǒng)昂貴卻需要維修，處理材料的尺寸受到真空室大小的限制。大氣壓等離子體與低氣壓等離子體相比，具有成本低、操作方便、無需高成本的真空系統(tǒng)等優(yōu)點。

三、大氣壓等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用

隨著我國能源消費的持續(xù)增長和機動車保有量的迅猛增加，大量煤、石油與天然氣等化石燃料消耗產(chǎn)生的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx) 等廢氣排放到大氣中，環(huán)境大氣中NOx/SO2比例的改變影響著大氣酸沉降，進而在特定條件下產(chǎn)生二次光化學(xué)污染，致使空氣中臭氧(O3)含量增加，并在空氣中形成大量二次細微顆粒物，給公眾健康及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。等離子體是近十多年發(fā)展起來的一門高度交叉的新學(xué)科，是集物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)于一體的全新學(xué)科。大氣壓等離子體是一種新興的物理與化學(xué)相結(jié)合的廢氣處理技術(shù)，如今該技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)鍋爐煙氣和汽車尾氣治理領(lǐng)域。大氣壓等離子體技術(shù)具有對廢氣凈化效率高、能耗低及無二次污染等特點。

（一）大氣壓等離子體分解氣態(tài)污染物的機理。

大氣壓等離子體分解氣態(tài)污染物的機理為：等離子體中的高能電子在大氣壓等離子體分解氣體污染物中起決定性的作用，數(shù)萬度的高能電子與氣體分子(原子)發(fā)生非彈性碰撞，巨大的能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子(原子)的內(nèi)能，發(fā)生激發(fā)、離解以及電離等一系列物理和化學(xué)變化使氣體處于活化狀態(tài)。電子能量小于10ev時 產(chǎn)生活性自由基，活化后的污染物分子經(jīng)過等離子體定向鏈化學(xué)反應(yīng)后被脫除。而當(dāng)電子平均能量超過污染物分子化學(xué)鍵結(jié)合能時，污染物氣體分子鍵斷裂，污染物分解，在大氣壓等離子體中可能發(fā)生各種類型的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)程度取決于電子的平均能量、電子密度、氣體溫度、污染物氣體分子濃度及共存的氣體成分。

（二）大氣壓等離子體處理廢氣裝置。

大氣壓等離子體在廢氣處理中應(yīng)用的機理是在等離子體中的高能電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)分子和原子等的作用下，將NOx與SO2被氧化成更易參與反應(yīng)和更易吸收的NO2和SO3，從而實現(xiàn)對廢氣的凈化處理。

圖1是模擬汽車尾氣和鍋爐煙氣同時脫硫脫硝所采用的大氣壓等離子體處理裝置示意圖。如圖所示，中心銅棒電極被聚四氟絕緣材料固定在放電管的中心且與高壓電源的高壓輸出端連接。銅棒處于放電管的中心能使介質(zhì)阻擋放電管內(nèi)等離子體更加均勻，另一方面可防止局部增強放電導(dǎo)致介質(zhì)層擊穿現(xiàn)象的發(fā)生，故會提高裝置的運行時間。氯化鉀溶液作為外電極并與高壓電源的低壓輸出端相連。裝置的內(nèi)電極與電源的高壓輸出端相連，其位置在內(nèi)徑為16mm的右英管中心。銅棒放在石英放電管的中心是為了使管內(nèi)放電所產(chǎn)生的等離子體更加均勻分布，以及防止介質(zhì)層被擊穿，從而延長裝置的使用壽命。電源低壓輸出端與裝置外電極相連，它所采用的是0.2mol/L的氯化鉀溶液。儀器工作時，比例一定的NOx與活性氣體(N2、O2、H2O)通過浮子流量計和氣體分配器進入放電管，在線廢氣監(jiān)測儀Testo 360測定氮化物的濃度變化。在裝置放電區(qū)域或者氣體輸出管內(nèi)，氮氧化物與活性氣體粒子會發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)檢定，廢氣通過裝置的處理凈化，得到的產(chǎn)物都是無污染的，可直接排放到大氣中。

圖1大氣壓等離子體處理廢氣裝置示意圖

四、大氣壓等離子體的應(yīng)用研究方向

為了實現(xiàn)大氣壓等離子體技術(shù)在廢氣處理的推廣應(yīng)用，今后應(yīng)加強深入研究大氣壓等離子體降解污染物的機理。大氣壓等離子體降解污染物是一個十分復(fù)雜的過程，而且影響這一過程的因素很多，雖然目前已有大量有關(guān)低溫等離子體降解污染物機理的研究，但還未形成能指導(dǎo)實踐的理論體系，使其工業(yè)應(yīng)用缺乏理論保障。其次要實現(xiàn)處理裝置的大型化與小型化雙向發(fā)展，處理裝置的大型化與小型化是等離子體技術(shù)今后發(fā)展的兩個方向。

五、結(jié)束語

隨著環(huán)境保護的深入發(fā)展，大氣壓等離子技術(shù)以其獨特而優(yōu)良的廢氣處理效果正日益獲得環(huán)保研究者的青睞，該技術(shù)可以用來治理二氧化硫、氮氧化物等給環(huán)境以及人類帶來嚴(yán)重危害的廢氣。大氣壓等離子體在廢氣處理方面的應(yīng)用價值很高，目前我國對該方面的研究還只處于初步階段，如果繼續(xù)對大氣壓等離子體在廢氣處理中的應(yīng)用展開深入研究，可為我國的大氣環(huán)境污染整治工作做出突出貢獻。

參考文獻

等離子體物理范文5

Nonlinear Waves

2008, 360pp.

Paperback

ISBN: 9780521093040

Lokenath Debnath著

本書為1982年6月在東卡羅萊納大學(xué)召開的會議的論文集,書中闡述了非線性波在流體和等離子體內(nèi)部的理論與應(yīng)用研究進展。 會議收錄了8個國家的22篇文章,涵蓋了非線性水波、KdV方程、孤粒子與逆散射變換、孤立波穩(wěn)定性、諧振波相互作用、非線性發(fā)展方程、等離子體內(nèi)非線性波浪現(xiàn)象、非線性波系統(tǒng)的再現(xiàn)現(xiàn)象、等離子體內(nèi)孤立波的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)等研究領(lǐng)域。

全書內(nèi)容包括3部分。第一部分講述流體中的非線性波,包括第17章:1.海洋卷波的分析說明,文中提出對流體流動的波形、射流末端采用旋轉(zhuǎn)狄利克雷雙曲線,管流采用3橢圓或參數(shù)式立方體,均以半拉格朗日形式表達;2.科特韋格德弗里斯方程及水波理論的相關(guān)問題,以無粘水波為介質(zhì)引入KdV和NLS方程;3.漸變環(huán)境下的孤立波:非線性長波,用正規(guī)矩陣表示孤立波的發(fā)展;4.渠道中的非線性波,針對小波幅給出淺水方程;5.斜壓不穩(wěn)定性模型中的孤立波行為,推導(dǎo)出漸變振幅的斜壓波包發(fā)展方程;6.深水區(qū)水波和波群,給出了深水區(qū)具體的波形,并通過傅里葉變換得到數(shù)值解;7.二波三波共振,介紹線性的兩波共振和弱非線性的三波共振。第二部分介紹等離子體中的非線性波,包括812章:8.等離子流的非線性波,討論了電磁場中運動和等離子體相互作用靜態(tài)理論的各方面;9.等離子體的超光速波,介紹了有限振幅平面波勻速通過冷的各向同性的等離子體;10.靜電離子回旋波和磁場中的離子加熱;11.等離子物理中的孤立波;12.非均勻等離子體中的漸變非線性波發(fā)展理論。第三部分介紹等離子體、逆散射變換和物理中的非線性波,包括第1318章: 13.二維空間和一維時間的逆散射變換;14.與微分算子保譜發(fā)展相關(guān)的線性發(fā)展方程;15. 帶非厄米矩陣薛定諤方程的逆散射;16.常用n階譜變換;17.再現(xiàn)現(xiàn)象和非線性波運動的有效自由度數(shù)目;18. 正弦Gordon場統(tǒng)計力學(xué)的作用角度變量。

本書各章由該領(lǐng)域的專家撰寫,對非線性波研究人員了解該領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)很有幫助。

賈紅書 ,

博士生

(中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所)

等離子體物理范文6

關(guān)鍵詞：大氣壓等離子體；DBD放電；有機染料；發(fā)射光譜法

引言

低溫等離子體又叫非平衡等離子體體系，低溫等離子體又可以根據(jù)粒子的溫度和熱力學(xué)狀態(tài)分為熱等離子體和冷等離子體[1-3]。近幾年，隨著對大氣壓等離子體的進一步研究，等離子刻蝕、鍍膜、臭氧合成、材料表面改性、染料廢水處理等方面得到了廣泛應(yīng)用[4-6]。論文研究的是大氣壓下，介質(zhì)阻擋放電處理染料廢水技術(shù)。本文中，研究了等離子體基本性質(zhì)、DBD等離子體處理有機染料方面以及發(fā)射光譜法的相關(guān)研究，設(shè)計等離子體裝置，利用空氣為放電氣體，通過實驗研究驗證等離子裝置對燃料廢水的退色效果，測量了大氣壓下介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的發(fā)射光譜并且采用發(fā)射光譜對褪色機理進行分析。實驗

DBD等離子體氧化有機染料原理：染料廢水中的有機物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以溶解性很差，傳統(tǒng)的處理技術(shù)工藝非常困難，而且降解效果不顯著。針對一這問題提出的大氣壓下等離子等離子處理染料廢水裝置是通過等離子體放電將空氣中的氧氣氧化成臭氧，對有機污染物的結(jié)構(gòu)進行破壞從而降解。最終將有機降解為二氧化碳、水和無機鹽。

實驗裝置設(shè)計：實驗裝置設(shè)計：為了提高等離子體反應(yīng)的穩(wěn)定性，本實驗采用了同軸圓筒的設(shè)計。上下由聚四氟乙烯做的方形板，用于密封整個實驗裝置，固定電極和進出水口及進出氣口；電極部分，采用半徑為10mm，長度為10cm的銅棒作為高壓電極，采用循環(huán)電解液作為地電極；整體采用外徑為50mm，長度為15cm，厚度為1.5mm的石英玻璃管；采用外徑為30mm，長度為15cm，厚度為2mm的石英玻璃管作為阻擋介質(zhì)。在上方的聚四氟乙烯板上面內(nèi)測的兩個進氣孔，用來鼓入空氣，下方的一個氣孔用來排出氣體，聚四氟乙烯板上外側(cè)的兩個孔一個是用來進電解液，一個是用來導(dǎo)出電解液的，利用水泵達到循環(huán)電解液的效果。實驗中的染料廢水是實驗室配置的，取一定量的顏料溶解在水中。所用電源低溫等離子體實驗電源（CTP-2000 coronalab）輸出電壓：0～30KV頻率選擇范圍：1KHz～100KHz，氣體選用空氣。

實驗方法：取500ml配置好的染料廢水。開啟氣泵，電源，將空氣通過塑膠管吹入等離子體發(fā)生裝置，再將等離子體尾流通入廢液中，每隔30分鐘，取等量廢液，進行觀察。

圖1 等時取出的廢水樣品

2 實驗結(jié)果與分析

染料廢水脫色效果及放電電學(xué)參數(shù)：在實驗過程中，染料廢水上出現(xiàn)大量氣泡，并伴隨著強烈的魚腥味。經(jīng)過處理后的廢水顏色慢慢變淺，如下圖1所示。

介質(zhì)阻擋放電的功率也是一個重要參數(shù)，它涉及到我們處理過程中的能耗問題，但是由于介質(zhì)阻擋放電的電壓、電流的相位嚴(yán)重失調(diào)，功率的計算和測量就變得十分困難。對于小于10kHz的低頻，而且是理想的正弦波和理想的絕緣介質(zhì)，可以用公式進行計算。

目前對等離子體的功率只能進行宏觀測定，我們利用電壓-電荷李莎如圖形來確定放電功率。我們用下邊的公式計算在一個周期內(nèi)的放電能量，用Wn表示： ， 其中： ，式（1）的積分結(jié)果可以描述為一個周期內(nèi)電壓-電荷的李莎如圖形所圍的面積即放電的功率，用P表示： 式中： 為輸入電壓的頻率。

2.2 DBD等離子體的發(fā)射光譜分析

在本文中，利用Oceanoptic EPP2000光纖光譜儀檢測等離子體放電的發(fā)射光譜，其主要參數(shù)：響應(yīng)波長為：180-900nm。原子發(fā)射光譜法（Atomic Emission Spectrometry，AES），是利用物質(zhì)在熱激發(fā)或電激發(fā)下，每種元素的原子或離子發(fā)射特征光譜來判斷物質(zhì)的組成，而進行元素的定性與定量分析的。

3 結(jié)論

本文中設(shè)計了新型的DBD等離子體裝置、研究了等離子體基本性質(zhì)、DBD處理有機染料方面以及發(fā)射光譜法的相關(guān)研究。我們采用了同軸圓筒結(jié)構(gòu)，增加電極之間的反應(yīng)面積，并采用循環(huán)電解液作為外電極，保證了外電極和阻擋介質(zhì)不會隨著反應(yīng)時間增加而升高，從而穩(wěn)定了反應(yīng)功率。上端采用兩個進氣口保證空氣能夠均勻參與反應(yīng)，等離子體尾流也能均勻從出氣孔排出，進入到染料廢水中。出氣管設(shè)計得盡量短，避免等離子體尾流在導(dǎo)管中與管壁反應(yīng)。在出氣孔與廢水接觸的地方采用了均勻散發(fā)氣體的裝置，保證從導(dǎo)管中出來的等離子體尾流能夠與廢水充分反應(yīng)。

參考文獻：

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