《等离子体物理 》

《等离子体物理 》 简介：研究电离气体在高能状态下的行为与特性，涉及带电粒子间的电磁相互作用及集体运动规律。作为物质第四态，广泛存在于恒星、闪电、人造核聚变装置中，其控制技术对能源开发、航天推进、材料加工等领域具有革命性意义。 亮点：前沿领域聚焦可控核聚变实现清洁能源，星际等离子体研究推动深空探测发展，工业应用涵盖芯片刻蚀与废物处理。基础理论融合流体力学与电磁学，依赖超级计算机进行粒子动力学模拟。 标签：#物质第四态 #电磁流体力学 #核聚变能源 #深空等离子体 #工业应用科技 链接：

科学简单点：什么是等离子体？

科学简单点：什么是等离子体？ 在等离子体中，一些电子从中性原子（质子和电子数目相等，因此带中性电荷的原子）中分离出来，成为自由电子。由此产生的自由电子使等离子体不同于其他物质状态，在其他物质状态下，电子仍然紧紧地与原子核结合在一起。当等离子体中的原子与带负电荷的电子分离时，它们就不再带有中性电荷。相反，原子变成了离子带正电的粒子。因此，等离子体是一种由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的电离状态。极光是由地球大气等离子体中的粒子碰撞形成的。资料来源：弗兰克-奥尔森原子中的电子能够分离并形成等离子体有几个原因。在实验室实验中，科学家可以用高压电、激光或电磁场轰击原子，从而形成等离子体。在太空中，高能光子（包括伽马射线）撞击原子也会形成等离子体。在太空中，当重力使压力剧增，从而使气体过热时，也会形成等离子体。高温使原子相互碰撞，导致电子从原子中分离，形成等离子体和恒星的雏形。气体过热产生等离子体的过程表明，气体和等离子体之间的关系类似于液体是固体的加热形式。这种类比并不总是正确的。首先，与气体不同，等离子体可以导电。此外，在气体中，所有粒子的行为方式都相似。然而，在等离子体中，电子和离子的行为和相互作用方式非常复杂，从而产生了波和不稳定性。等离子体有多种类型。宇宙中的大多数等离子体被研究人员称为高温等离子体。在这些高温等离子体中，温度可以超过华氏 1 万度，所有原子都可以完全电离。低温等离子体则不同。原子只是部分电离，温度低得惊人，甚至只有室温。另一种不寻常的等离子体是高能量密度等离子体，科学家在实验室中制造这种等离子体来研究它们的不寻常特性。总结：有一种闪电球状闪电是等离子体。从马克斯-普朗克研究所了解更多信息。极光也是由等离子体造成的。在本科学集锦中了解更多信息。封闭等离子体是设计聚变托卡马克和恒星器设备的重要步骤，这些设备最终可能为我们提供聚变动力。高能量密度等离子体科学实现了实验室条件下的聚变点火。研究等离子体有助于科学家了解物质。这也有助于他们向聚变能源的目标迈进。能源部（DOE）科学办公室通过聚变能源科学和核物理计划支持等离子体研究。能源部资助的等离子体研究还改进了从手机、电脑到汽车等各种产品中的半导体制造。等离子体方面的专业知识帮助能源部国家实验室的研究人员开发出了逐原子控制半导体制造的方法。编译来源：ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？科学简单点：什么是暗物质和暗能量？科学简单点：什么是 X 射线光源？科学简单点：什么是自主发现？科学简单点：什么是氢能源？科学简单点：什么是“关键材料” 美国政府定义了多少种？ ... PC版： 手机版：

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革

科学家利用等离子技术实现水净化技术的变革 等离子体是科技界一场名副其实的革命。以前，要在手机等电子设备使用的硅板上雕刻电路，必须使用污染环境的化学产品。现在，使用等离子体可以更干净、更精确地完成这项工作，而且可以使缝隙越来越小，设备也随之越来越小。但等离子体也有其他应用，例如水处理。科尔多瓦大学的 FQM-136 等离子体物理学小组和 FQM-346 有机催化和纳米结构材料小组合作开展了一项研究，目的是通过应用等离子体促进化学过程来消除水中的污染物。为了解决水体中有机污染物日益增多的问题，例如水体中的染料和其他来自农业和工业活动的化合物会破坏生态系统的稳定，这些研究人员选择了等离子体的应用。研究人员弗朗西斯科-罗梅罗（Francisco J. Romero）、胡安-阿马罗（Juan Amaro）和玛丽亚-加西亚（Maria C García）。资料来源：科尔多瓦大学水净化方面的突破2017 年，研究团队首次证明，由向空气开放的微波诱导的氩等离子体在作用于水时，会在水中产生含氧和氮的活性物种（如羟基自由基、过氧化氢、氮自由基），能够消除水的污染。现在，研究人员胡安-阿马罗-加赫特、弗朗西斯科-J-罗梅罗-萨尔盖罗和玛丽亚-C-加西亚已经成功设计出了这种等离子体的反应器，并大大增加了水中产生的这些活性物质的数量，从而可以在短短几分钟内破坏高浓度染料（这里指亚甲基蓝）。这是通过改变 surfatron 的设计实现的，这种金属装置将微波发生器的能量与等离子体混合，以维持等离子体。玛丽亚-加西亚教授解释说："我们所做的是在石英放电管中放入一小块硅，这样就能产生不同的等离子体，这种等离子体不是丝状的，在与水作用时能更有效地产生活性物种。上述等离子体成分在与水作用时能产生氧化物种，从而降解有机化合物和杀死微生物，这使得该等离子体反应器可用于与水修复相关的应用中。"因此，这种新配置扩大了这类等离子体的适用范围。加西亚教授解释说："这种设计完全改变了表面加速器产生电磁场以产生等离子体的配置，从而使等离子体具有不同的、更有效的特性，同时也消除了破坏等离子体稳定性的丝状化问题（等离子体柱分成许多丝状）。"等离子去污的未来Francisco J. Romero 教授继续说道："在等离子体作用下产生的氧化物具有很强的反应性，可以破坏水中的有机物。要做到这一点，等离子体并不是被引入水中。相反，等离子体是远程作用的，因此在水和等离子体之间有一个空气区，在这个空气区中，由于受激物种与氧气、氮气和水蒸气分子之间的碰撞，发生了许多反应，并产生了扩散到液体中并最终与污染物结合的活性物种"。研究员胡安-阿马罗说："这种新型设计产生的等离子体的去污潜力已经过测试，可以减少水中高浓度的亚甲基蓝染料，在能量方面取得了非常高效的结果，在缩短处理时间的情况下实现了染料的完全消除。"等离子体是一种"第四物质状态"，通过向稳定的气体提供能量并将其转化为电离气体而产生，它几乎适用于所有领域：制造微型芯片、表面消毒、伤口愈合、在眼镜上沉积防反射涂层、提高种子发芽率、回收废物、活化塑料表面以提高涂料附着力，以及无数其他应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新设计大大延长了等离子体火炬的使用寿命

新设计大大延长了等离子体火炬的使用寿命 一项突破性设计将等离子体火炬的使用寿命从数天延长到数年，克服了重大的技术挑战，并可能因其更高的效率和可持续性而给多个行业带来革命性的变化。等离子体割炬是产生热等离子体的设备，因其能有效产生高温等离子体而在各行各业中举足轻重。它可应用于低碳冶金、粉末球化、碳材料制备和先进材料喷涂等多个领域。然而，其有限的使用寿命阻碍了其大规模应用。传统的固定阴极在耗尽后必须更换，导致寿命短、维护成本高。在这项研究中，研究人员开发了一种连续进给阴极系统，可以快速补充已磨损的阴极。这种操作消除了使用寿命的限制，使等离子火焰的运行寿命几乎无限。"设计克服了五大难关，"已经监督这项实验长达 160 个小时的高级工程师李军说，"这包括导电、导热、密封、水冷和连续推进机制。对于传统等离子火焰来说，160 小时标志着结束，但在这里，这仅仅是个开始。"这一重大进步推动了等离子体应用的产业化，开创了一个高效和可持续发展的新时代。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

403秒！中国“人造太阳”获重大突破

403秒！中国“人造太阳”获重大突破 第122254次实验！4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，对探索未来的聚变堆前沿物理问题，提升核聚变能源经济性、可行性，加快实现聚变发电具有重要意义。 “这次突破的主要意义在于‘高约束模式’。”中科院合肥物质科学研究院副院长、等离子体物理研究所所长宋云涛说，高约束模式下粒子的温度、密度都大幅度提升，“这为提升未来聚变电站的发电效率，降低成本奠定了坚实物理基础。” 来自：雷锋 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

日本古代艺术Kintsugi（金继）为下一代聚变反应堆的技术突破带来灵感

日本古代艺术Kintsugi（金继）为下一代聚变反应堆的技术突破带来灵感 "这就是这项工作的特别之处，这种方法可以保持高性能等离子体，同时控制等离子体核心和边缘的不稳定性。这种同时控制尤为重要，也很难做到。"美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的约瑟夫-斯奈普斯（Joseph Snipes）说，他是普林斯顿等离子体物理实验室托卡马克实验科学部副主任，也是论文的共同作者之一。PPPL物理学家Seong-Moo Yang领导的研究团队横跨美国和韩国的多个机构。杨说，这是首次有研究团队验证了一种系统的方法来调整磁场缺陷，使等离子体适合用作电源。这些磁场缺陷被称为误差场。"我们的新方法能确定最佳误差场校正，从而提高等离子体的稳定性，"Yang说。"事实证明，这种方法能在不同的等离子体条件下增强等离子体的稳定性，例如，当等离子体处于高磁约束和低磁约束条件下时。Yang 在 DOE 的国家研究 SLAM 上介绍研究成果。难以纠正的错误误差场通常是由容纳等离子体的装置（称为托卡马克）的磁线圈中的微小缺陷造成的。到目前为止，误差场只被视为一种麻烦，因为即使是非常小的误差场也会导致等离子体中断，从而停止聚变反应，并可能损坏聚变容器的内壁。因此，核聚变研究人员花费了大量的时间和精力，精心寻找纠正误差场的方法。Yang说："要消除现有的误差场是相当困难的，因此我们可以在核聚变容器周围施加额外的磁场，而不是修复这些线圈的不规则性，这一过程被称为误差场校正。"过去，这种方法也会伤害等离子体的核心，使等离子体不适合用于聚变发电。这次，研究人员能够消除等离子体边缘的不稳定性，并保持核心的稳定性。这项研究是 PPPL 研究人员如何缩小当今核聚变技术与将核聚变发电引入电网所需技术之间差距的最好例证。"这实际上是打破系统对称性的一种非常有效的方法，因此人类可以有意降低封闭性。这就好比在气球上开一个很小的洞，这样气球就不会爆炸了，"PPPL 的研究人员兼论文合著者 SangKyeun Kim 说。正如空气会从气球上的小孔漏出一样，误差场也会漏出极少量的等离子体，这有助于保持其整体稳定性。同时管理等离子体的核心和边缘管理核聚变反应最困难的部分之一是让等离子体的核心和边缘同时表现良好。这两个区域的等离子体温度和密度都有理想的区域，要达到这些目标，同时消除不稳定性是非常困难的。这项研究证明，调整误差场可以同时稳定等离子体的核心和边缘。通过仔细控制托卡马克线圈产生的磁场，研究人员可以抑制边缘不稳定性（也称为边缘局部模态（ELM）），而不会造成混乱或严重的约束损失。论文作者、PPPL 职员研究物理学家胡启明说："我们正在努力保护该设备。"将研究扩展到 KSTAR 之外这项研究是利用韩国的 KSTAR 托卡马克进行的，该托卡马克能够非常灵活地调整其磁场误差配置。这种能力对于试验不同的误差场配置以找到稳定等离子体的最有效配置至关重要。研究人员说，他们的方法对未来托卡马克核聚变试验装置的设计具有重大意义，有可能使其更加高效和可靠。他们目前正在开发人工智能（AI）版本的控制系统，以使其更加高效。"这些模型相当复杂，计算起来需要一些时间。但当你想在实时控制系统中做一些事情时，你只能承受几毫秒的计算时间，"Snipes 说。"利用人工智能，你基本上可以教会系统该期待什么，并能够利用人工智能提前预测控制等离子体所需的条件以及如何实时实现这些条件。"虽然他们的新论文重点介绍了利用 KSTAR 内部磁线圈所做的工作，但 Hu 建议未来对聚变容器外的磁线圈进行研究将是非常有价值的，因为聚变界正在摒弃将此类线圈安置在真空密封容器内的想法，因为等离子体的极度高温可能会破坏此类组件。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：