什么是等離子體

【專家解說】：等離子體(等離子態(tài),電漿,英文:Plasma)是一種電離的氣體, 由于存在電離出來的自由電子和帶電離子, 等離子體具有很高的電導(dǎo)率,與電磁場存在極強(qiáng)的耦合作用.等離子體由克魯克斯在 1879 年 發(fā)現(xiàn),"Plasma"這個詞,由朗廖爾在 1928 年最早采用.等離子體 是存在最廣泛的一種物態(tài),目前觀測到的宇宙物質(zhì)中,99%都是等離 子體. 等離子態(tài)在宇宙中廣泛存在,常被看作物質(zhì)的第四態(tài)(有人也稱 之為"超氣態(tài)") . 人造的等離子體: 熒光燈,霓虹燈燈管中的電離氣體; 核聚變 實驗中的高溫電離氣體; 電焊時產(chǎn)生的高溫電弧. 地球上的等離子體: 火焰(上部的高溫部分) 閃電;大氣層 ; 中的電離層;極光. 宇宙空間中的等離子體:恒星;太陽風(fēng);行星際物質(zhì);恒星際物質(zhì);星云. 等離子體可分為兩種:高溫和低溫等離子體.以上提到的是高溫 等離子體,高溫等離子體的溫度,可以高達(dá) 1 億攝氏度.現(xiàn)在低溫等 離子體廣泛運用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域.例如:等離子電視,嬰兒尿布表面 防水涂層, 增加啤酒瓶阻隔性. 更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運用, 讓網(wǎng)絡(luò)時代成為現(xiàn)實. 等離子態(tài)常被稱為"超氣態(tài)", 它和氣體有很多相似之處, 比如: 沒有確定形狀和體積,具有流動性,但等離子也有很多獨特的性質(zhì). 這種物質(zhì)的第四基本形態(tài),就是等離子態(tài)(體) .那么,什么是等離 子態(tài)呢? 在等離子體中,電磁力起主要作用,使原本普通的物質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn) 新的運動形態(tài),比如電子,離子的集體振蕩. 等離子體雖然看不見摸不著,但它并不是虛無沒用的,相反,它 具有相當(dāng)神奇廣泛的作用,因此被稱為"法力無邊的隱形魔術(shù)師". 如:令薩達(dá)姆聞風(fēng)喪膽的隱形武器.在海灣戰(zhàn)爭中,美國投入了一種 新研制出來的隱形飛機(jī),深人到伊拉克腹地進(jìn)行偵察活動,充分掌握 了伊軍的布防情況,而伊軍對之卻毫無辦法,因為這種偵察飛機(jī)采用 了等離子體技術(shù),等離子體具有的屏蔽效應(yīng),使雷達(dá)無法探測到它的 蹤跡.在科索沃戰(zhàn)爭中,以美國為首的北約的隱形偵察機(jī),隱形轟炸 機(jī)更是大肆發(fā)揮了它的威力.英,美, 俄等國都在致力于將等離子 (體) 技術(shù)應(yīng)用于軍事方面.采用了等離子體技術(shù)后,飛機(jī),導(dǎo)彈可以減少 飛行阻力 30%以上,因此大大提高了飛機(jī),導(dǎo)彈的飛行速度和機(jī)動 性能.等離子體還可以降低飛機(jī),導(dǎo)彈的防熱防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和飛行的轟鳴 聲等.俄羅斯正在開發(fā)一種新型的等離子武器,能通過將大氣層電離 產(chǎn)生的高溫高能量,形成一個能量巨大的等離子大氣環(huán)境區(qū)域,將在 該區(qū)域的天空,太空中飛行的飛機(jī),導(dǎo)彈和航天器擊毀. "綠色","清潔"的動力來源. 隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活的日益豐富繁榮, 對于電力的需 求量也將越來越大.傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)在為人類做出貢獻(xiàn)的同時,也 "惹"下不少麻煩,污染了環(huán)境,對自然生態(tài)和人類健康造成了不小 的損害.而且它們的發(fā)電效率也不高,所采用的發(fā)電來源又大多是不 可再生的自然資源.所以,科學(xué)家一直在努力尋求一種先進(jìn).高效又 無污染的發(fā)電技術(shù). 而等離子體發(fā)電技術(shù)正好就能圓科學(xué)家們的這一 夢想. 等離子體的發(fā)電原理是:將帶電的高溫流體,以極高的速度噴射 到穩(wěn)定的強(qiáng)磁場中,電磁場對帶電流體(粒子)施加磁力作用而產(chǎn)生電,直接由熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?與傳統(tǒng)的火力發(fā)電方式相比,等離子體 發(fā)電具有兩大突出特點:一是發(fā)電效率高.等離子體發(fā)電技術(shù)利用發(fā) 電裝置所排泄的溫度很高的廢氣余熱來產(chǎn)生蒸汽,以驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī),從而構(gòu)成等離子體——汽輪發(fā)電的組合發(fā)電方式,發(fā)電有效率可 比火電提高百分之五十以上.二是對環(huán)境的污染很輕.等離子發(fā)電由 于溫度很高, 流體燃料燃燒得很充分, 同時, 還因為添加了一些材料, 與發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢氣——硫,進(jìn)行反應(yīng),生成硫酸鉀等化合物, 所以就沒有太多的廢氣廢碴污染環(huán)境.此外,等離子發(fā)電機(jī)輸出功率 的大小,取決于帶電流體的運動速度和磁場的強(qiáng)度.加快等離子體的 噴射速度,提高磁場的強(qiáng)度,其發(fā)電功率就大.如果運用高能量的流 體燃料,并配置高速啟動裝置,那么等離子體發(fā)電機(jī)的功率可以達(dá)到 一千萬千瓦,完全能夠滿足大規(guī)模用電的要求. 等離子技術(shù)還可以運用到核能發(fā)電方面. 在超高溫高壓和超強(qiáng)磁 力的約束下,等離子技術(shù)能夠用氫的同位素(如重氫——氖) ,對受 控的熱核聚變反應(yīng)予以控制,進(jìn)行原子能發(fā)電.2000 年 1 月,日本 的某熱核聚變裝置,已經(jīng)通過給超導(dǎo)體線圈供電,將等離子體的溫度 升至 5 千萬攝氏度,并計劃在 2001 年提高到 1 億攝氏度,以實現(xiàn)熱 核聚變反應(yīng)所必需的高溫高壓狀態(tài)下的等離子體. 工業(yè)生產(chǎn)神奇的"魔法師". 對于等離子體的不斷研究,產(chǎn)生了諸如等離子體物理學(xué),等離子 體化學(xué),等離子電子學(xué)等邊緣學(xué)科.等離子在金屬加工,顯示(器) 技術(shù),微波和超聲速流體力學(xué)等民用工業(yè)的廣泛領(lǐng)域,都有重要而神 奇的應(yīng)用. 在金屬加工方面,用高溫等離子氣流,可以切割用普通氧氣切割 法難以切割的高硬度高熔點金屬,如不銹鋼,鎳基合金等.等離子體 還可以用于金噴鍍,焊接和鉆孔等作業(yè). 在等離子體化學(xué)方面, 由于等離子體的化學(xué)反應(yīng)能量大, 溫度高, 因此,特別適用進(jìn)行高熔點金屬的熔煉與提純,制成性能優(yōu)異的高溫 耐熱金屬材料,如特種鋼和合金鋼,以及非金屬水晶等. 等離子體化學(xué)還可以實現(xiàn)高溫耐熱材料的低溫合成, 以及單晶體 材料的低溫生長;生產(chǎn)非晶硅太陽能電池;制作高溫超導(dǎo)體薄膜等. 等離子體化學(xué)應(yīng)用于微電子技術(shù),包括等離子體蝕刻工藝,等離 子體顯微,等離子體除膠等方面,更是為大規(guī)模,超大規(guī)模集成電路 的更新?lián)Q代,奠定了重要的工藝技術(shù)基礎(chǔ). 等離子體距民眾生活最近,最重要的應(yīng)用,就目前來說,應(yīng)當(dāng)算 是等離子體顯示器技術(shù). 傳統(tǒng)的顯示器包括顯像管(應(yīng)用于電視,電腦等)和液晶顯示器 (用于電子表,計算器,儀表,筆記本電腦等) ,它們在工業(yè)生活的 許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用.但兩者在獨具優(yōu)點的同時,又各有缺陷或局限, 難以滿足顯示技術(shù)的新需求.等離子體顯示器的誕生,為顯示技術(shù)開 辟了一個新的天地.它們的優(yōu)點是體積小,重量輕,圖像清晰,可制 成超薄平板式等,并可突破傳統(tǒng)的顯像管和液晶顯示這樣分明的界限,實現(xiàn)兩者的融合通用. 隨著等離子體技術(shù)的不斷發(fā)展,更加廣泛的應(yīng)用,等離子體這種 看不見摸不著的物質(zhì)第四態(tài),將會露出"廬山真面目",被越來越多 的人所認(rèn)識和喜愛.