学号 20120601051034
密级
兰州城市学院本科毕业论文
等离子体温度的测量
学 院 名 称：培黎工程技术学院 专 业 名 称：物 理 学 生 姓 名： 所 属 班 级：121 本 指 导 教 师：
二〇一六年五月
原创性声明
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年 月 日
摘要
本文介绍了等离子体的概念、分类和等离子体电子数密度的计算方法。以空气为样品靶进行了激光等离子体光谱实验。通过对等离子体光谱的分析，标定了激光等离子体中的N、O和H等元素的特征谱线，基于时间分辨光谱的测量，研究激光产生等离子体的时间分辨光谱特征。利用多谱线法和汤普逊散射法，计算了Zn等离子体温度随时间的演化规律，研究结果表明，在等离子体产生的最开始时候，最初产生的等离子体温度极高，当等离子体与温度接触后，由于热传导等离子体的温度迅速降低，这主要是由于离子与电子的复合在等离子体演化的过程中起主导作用，该研究对定性认识激光等离子体的时间演化具有一定的意义。 关键词：激光等离子体[1]；汤普逊散射法[8]；等离子体温度
目录
第1章 绪论 ......................................................................................................................... 1
1.1等离子体概述 ............................................................................................................ 1 1.2等离子体的分类 ........................................................................................................ 2 1.3描述等离子的基本参数 ............................................................................................ 3
第2章 等离子体温度的测量方法 ................................................................... 6
2.1汤普逊散射法 ............................................................................................................ 6 2.1基于等离子体发射光谱的测量方法 ........................................................................ 7
第3章 实验及分析 ....................................................................................................... 9
3.1激光等离子体实验装置 ............................................................................................ 9 3.2结果与讨论 .............................................................................................................. 10
第4章 结论及展望 ..................................................................................................... 13
第1章 绪论
1.1等离子体概述
温度可以改变物体的形态，比如水的物态变化，给零下四度以下的冰加热升温，冰就会变成水，如果继续加热水就慢慢沸腾起来，水就会变成气体，水尽然能有这样的变化，我们中学中给它们定义为水的三态。这里就有一个问题：如果给气体加热将会发生什么变化或转变呢？显然，当加热气体时，由于温度升高且温度是分子热运动平均动能的标志，那么温度越高分子无规则运动越剧烈，它们会相互碰撞的次数越多，碰撞过程中发生了离化为自身的组成原子，接着离化产生的高能原子自身也发生分解，结果电子和离子就形成了。因此，不管加热任何物体时候，最终它都将转变成为强烈电离的气体即等离子体[1]。就因为在这样的定义下，有时也把等离子体称为第四态。
我们知道水的三态变化是不连续的，当温度达到熔点时才能溶化，但强烈电离就不一样，向店里状态的过渡状态是连续的。那么就有一问题：当电离气体中的带电粒子密度达到多大时才可认为是等离子体？显然，就有一个标志，带电粒子的集合中的粒子之间通过电磁场作用，即借助于长程力出现的新的相互作用。正是有了新的相互作用，带电粒子的集合才有新的性质。总的来说，电离气体中的带电粒子密度很高，它们中的相互作用就发挥作用，我们把满足这样条件下的电离气体称为等离子体。
他们之间相互作用重要的表现有一个定量标志：准电中性，即电子密度ne与离子密度ni近似相等（ne?ni）。我们定义??ne/ni为温度的缓变函数，即电离度。像满足上述条件的现象在生活中很常见，如蜡烛的火焰里就有等离子体产生（产生的等离子体是微弱的）。那么等离子体的强弱与电离度有密切的关， ??1的等离子体我们称之为完全电离等离子体。当??10?2的称为强电离等离子体，当??10?3，称之为弱电离等离子体。
由于等离子体和物质其他三态相比存在的参数范围很广。如温度，密度和磁场强度这些参量都可以跨越十几个数量级，且等离子体有大量相互作用但仍处于非束缚态的带电离子组成的宏观体系，所以不管是性质或是形态都会受到外加磁场的强烈影响。并且存在及其丰富的集体运动，比如电磁波以及非线性的相干结
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