什么是等离子体

【专家解说】：等离子体(等离子态,电浆,英文:Plasma)是一种电离的气体, 由于存在电离出来的自由电子和带电离子, 等离子体具有很高的电导率,与电磁场存在极强的耦合作用.等离子体由克鲁克斯在 1879 年 发现,"Plasma"这个词,由朗廖尔在 1928 年最早采用.等离子体 是存在最广泛的一种物态,目前观测到的宇宙物质中,99%都是等离 子体. 等离子态在宇宙中广泛存在,常被看作物质的第四态(有人也称 之为"超气态") . 人造的等离子体: 荧光灯,霓虹灯灯管中的电离气体; 核聚变 实验中的高温电离气体; 电焊时产生的高温电弧. 地球上的等离子体: 火焰(上部的高温部分) 闪电;大气层 ; 中的电离层;极光. 宇宙空间中的等离子体:恒星;太阳风;行星际物质;恒星际物质;星云. 等离子体可分为两种:高温和低温等离子体.以上提到的是高温 等离子体,高温等离子体的温度,可以高达 1 亿摄氏度.现在低温等 离子体广泛运用于多种生产领域.例如:等离子电视,婴儿尿布表面 防水涂层, 增加啤酒瓶阻隔性. 更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用, 让网络时代成为现实. 等离子态常被称为"超气态", 它和气体有很多相似之处, 比如: 没有确定形状和体积,具有流动性,但等离子也有很多独特的性质. 这种物质的第四基本形态,就是等离子态(体) .那么,什么是等离 子态呢? 在等离子体中,电磁力起主要作用,使原本普通的物质内部出现 新的运动形态,比如电子,离子的集体振荡. 等离子体虽然看不见摸不着,但它并不是虚无没用的,相反,它 具有相当神奇广泛的作用,因此被称为"法力无边的隐形魔术师". 如:令萨达姆闻风丧胆的隐形武器.在海湾战争中,美国投入了一种 新研制出来的隐形飞机,深人到伊拉克腹地进行侦察活动,充分掌握 了伊军的布防情况,而伊军对之却毫无办法,因为这种侦察飞机采用 了等离子体技术,等离子体具有的屏蔽效应,使雷达无法探测到它的 踪迹.在科索沃战争中,以美国为首的北约的隐形侦察机,隐形轰炸 机更是大肆发挥了它的威力.英,美, 俄等国都在致力于将等离子 (体) 技术应用于军事方面.采用了等离子体技术后,飞机,导弹可以减少 飞行阻力 30%以上,因此大大提高了飞机,导弹的飞行速度和机动 性能.等离子体还可以降低飞机,导弹的防热防护标准和飞行的轰鸣 声等.俄罗斯正在开发一种新型的等离子武器,能通过将大气层电离 产生的高温高能量,形成一个能量巨大的等离子大气环境区域,将在 该区域的天空,太空中飞行的飞机,导弹和航天器击毁. "绿色","清洁"的动力来源. 随着社会的不断发展和人们生活的日益丰富繁荣, 对于电力的需 求量也将越来越大.传统的发电技术在为人类做出贡献的同时,也 "惹"下不少麻烦,污染了环境,对自然生态和人类健康造成了不小 的损害.而且它们的发电效率也不高,所采用的发电来源又大多是不 可再生的自然资源.所以,科学家一直在努力寻求一种先进.高效又 无污染的发电技术. 而等离子体发电技术正好就能圆科学家们的这一 梦想. 等离子体的发电原理是:将带电的高温流体,以极高的速度喷射 到稳定的强磁场中,电磁场对带电流体(粒子)施加磁力作用而产生电,直接由热能转变为电能.与传统的火力发电方式相比,等离子体 发电具有两大突出特点:一是发电效率高.等离子体发电技术利用发 电装置所排泄的温度很高的废气余热来产生蒸汽,以驱动汽轮发电机,从而构成等离子体——汽轮发电的组合发电方式,发电有效率可 比火电提高百分之五十以上.二是对环境的污染很轻.等离子发电由 于温度很高, 流体燃料燃烧得很充分, 同时, 还因为添加了一些材料, 与发电过程中产生的废气——硫,进行反应,生成硫酸钾等化合物, 所以就没有太多的废气废碴污染环境.此外,等离子发电机输出功率 的大小,取决于带电流体的运动速度和磁场的强度.加快等离子体的 喷射速度,提高磁场的强度,其发电功率就大.如果运用高能量的流 体燃料,并配置高速启动装置,那么等离子体发电机的功率可以达到 一千万千瓦,完全能够满足大规模用电的要求. 等离子技术还可以运用到核能发电方面. 在超高温高压和超强磁 力的约束下,等离子技术能够用氢的同位素(如重氢——氖) ,对受 控的热核聚变反应予以控制,进行原子能发电.2000 年 1 月,日本 的某热核聚变装置,已经通过给超导体线圈供电,将等离子体的温度 升至 5 千万摄氏度,并计划在 2001 年提高到 1 亿摄氏度,以实现热 核聚变反应所必需的高温高压状态下的等离子体. 工业生产神奇的"魔法师". 对于等离子体的不断研究,产生了诸如等离子体物理学,等离子 体化学,等离子电子学等边缘学科.等离子在金属加工,显示(器) 技术,微波和超声速流体力学等民用工业的广泛领域,都有重要而神 奇的应用. 在金属加工方面,用高温等离子气流,可以切割用普通氧气切割 法难以切割的高硬度高熔点金属,如不锈钢,镍基合金等.等离子体 还可以用于金喷镀,焊接和钻孔等作业. 在等离子体化学方面, 由于等离子体的化学反应能量大, 温度高, 因此,特别适用进行高熔点金属的熔炼与提纯,制成性能优异的高温 耐热金属材料,如特种钢和合金钢,以及非金属水晶等. 等离子体化学还可以实现高温耐热材料的低温合成, 以及单晶体 材料的低温生长;生产非晶硅太阳能电池;制作高温超导体薄膜等. 等离子体化学应用于微电子技术,包括等离子体蚀刻工艺,等离 子体显微,等离子体除胶等方面,更是为大规模,超大规模集成电路 的更新换代,奠定了重要的工艺技术基础. 等离子体距民众生活最近,最重要的应用,就目前来说,应当算 是等离子体显示器技术. 传统的显示器包括显像管(应用于电视,电脑等)和液晶显示器 (用于电子表,计算器,仪表,笔记本电脑等) ,它们在工业生活的 许多领域广泛应用.但两者在独具优点的同时,又各有缺陷或局限, 难以满足显示技术的新需求.等离子体显示器的诞生,为显示技术开 辟了一个新的天地.它们的优点是体积小,重量轻,图像清晰,可制 成超薄平板式等,并可突破传统的显像管和液晶显示这样分明的界限,实现两者的融合通用. 随着等离子体技术的不断发展,更加广泛的应用,等离子体这种 看不见摸不着的物质第四态,将会露出"庐山真面目",被越来越多 的人所认识和喜爱.