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等离子体物理与技术 Plasma Physics and Technology 西安交通大学 李永东 本章主要内容 第七章 等离子体边界 7.1 空间电荷鞘层 7.2 Child-Langmuir定律 7.3 玻姆判据 7.4 双电层 7.5 Langmuir探针 引言 • 无界等离子体与有界等离子体 – “无界”：外太空 – 有界（边界） • 工业 • 实验室 引言 • 无界等离子体与有界等离子体 – 以下三种情形是否主要利用等离子体的边界效应？ 等离子体食品处理 等离子体刻蚀加工 等离子体切割 引言 • 等离子体边界的发现 I. Langmiur – 等离子体边界中非电中性 • 电子耗尽 • 离子为主 – 等离子体边界中的物理机制与主等离子体中不同 – 边界存在的基本物理机制：德拜屏蔽 7.1 空间电荷鞘层 • 简化的鞘层(sheath)模型 – 壁（x=0） – 鞘层(-dx0) – 鞘层边界(x=-d) – 预鞘层 – 预鞘层边界(x=- λ ) mfp – 主等离子体(x≤- λ ) mfp – 假设：鞘层中离子运动无碰撞（即λ d） mfp • 鞘层特性 – 非电中性 – 一般：离子密度大于电子密度 7.1 空间电荷鞘层 • 鞘层形成的物理机制/ 过程 – 电子运动速度快，一般首先到达器壁，在器壁积累形成负电位 形成局部电场，阻止其它电子、吸引离子达到平衡 等离子体电位 7.1 空间电荷鞘层 • 阳极鞘层、阴极鞘层、浮动电位 – 等离子体周围所有的电极附近都会形成鞘层 – 浮动电极的电位比等离子体电位 – 浮动电极表面的电子流、离子流达到平衡时，电极的电位为浮动电位 引入浮动电极，会发生什么？ (浮动电浮动) 7.1 空间电荷鞘层 • 阳极鞘层、阴极鞘层、浮动电位 – 案例：左电极接地、右电极浮动(1) 7.1 空间电荷鞘层 • 阳极鞘层、阴极鞘层、浮动电位 – 案例：左电极接地、右电极浮动(2) 浮动电极的电位 发生了什么