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1 绪论 1.1 等离子体概述 1.1.1 一种电离气体 等离子体是一种大部分原子被电离的气体，其中电子和离子是独立自 由的。 电离是什么时候发生的？当温度足够高时气体会发生电离。 碰撞中电离和复合之间的平衡如下图： 图 1.1 电离和复合 原子发生电离需要达到一个阀值能量，而复合则不需要，但是复合比 电离发生的可能性要小得多。这个阀值为电离能量（13.6eV，H ）。χ i Maxwell 整体分布给出了电离的比例系数 （反应率）。然而在 Maxwell 分布的尾部，电离率低于 T = χ i 。在平衡条件下： n离子 σ v i (1.1) n σ v 中性粒子 r 图 1.2 氢原子电离与辐射复合比率 如果电子温度：Te ≥ χ i / 10，则离子所占的百分比会很大（~ 100％）。 例如，氢在温度 Te ≥ 1eV （11,600ºk ）时发生电离。在室温 r 下电离作用 可以忽略不计。 分解和电离平衡图可见 《Delcroix 等离子体物理 Wiley 》（1965）第 25 页，图 1A.5。 1.1.2 等离子体是电准中性气体 如果一种气体中所含电子和离子（单电荷）的数目不相等，则存在一 个净电荷密度， ρ 。 ρ n =(−e) + n (+e) e(n − n ) (1.2) e i i e 净电荷密度会产生电场： ρ e ∇ ⋅ E (ni − ne ) (1.3) ε ε 0 0 例如：平板间电场。 dE ρ (1.4) dx ε 0 x → E ρ (1.5) ε 0 图 1.3 带电荷平板 无论哪种带电粒子多于另一种都会使电荷受到静电作用力，即，如果 n n ，则电场 E 会促使 n 减少，n 增加，而总电荷量趋于减少。这种静 i e i e 电恢复力是极强的。 例： 19 −