绚丽的极光从何而来?低温等离子体了解一下

2019年07月16日16:51  来源:人民网-科普中国
 
原标题:绚丽的极光从何而来?低温等离子体了解一下

我们生活中的一些现象,比如跳动的火焰、夺目的闪电、绚丽的极光,或多或少都有等离子体的影子。等离子体是物理学研究的一个重要分支,目前,等离子体技术已经被广泛应用于国防、工业、环境、农业、信息技术等各大领域。但是那么多产生等离子体的方式,你都听说过吗?

等离子体按温度高低可分为高温等离子体和低温等离子体,本篇文章主要说明低温等离子体的产生方式,主要有以下几种:

一、电晕放电:当电极周围电场极不均匀、压强较高时,会产生一种微弱的放电形式,伴有微弱的电流及亮光,分为直流电晕放电和脉冲电晕放电。前者是将电压直接施加在曲率半径很小的电极(如针状或细线状电极)上,当电压升高到某一值时,尖端、边缘、细丝附近会产生强电场,使周围的空气电离,形成局部放电,常见的如电晕丝放电、电阻连接处尖端放电等。后者是采用窄脉冲高压电源(脉冲时间短,电源能量高)供能,在极短的脉冲时间内,电压迅速上升,电子被加速,而其它离子基本保持静止,主要是利用多级脉冲放电器来实现。

二、辉光放电:低气压(一般低于10mbar)条件下一种稳定的放电形式,比如在尺寸一定的的玻璃管中,装有压强一定的稀有气体(如氩气、氖气等),对其施加直流或交流电,当电压升高至一定值时,玻璃管发亮,如白炽灯、霓虹灯等。

三、介质阻挡放电:在放电电极或放电空间中插入介质材料(绝缘材料),电压足够高时,气体被击穿而放电。放电过程中会产生大量性质活泼的自由基,易与其它自由基、原子、分子发生反应,生成新物质。所以介质阻挡放电技术可以用来制造臭氧发生器、处理挥发性有机气体、汽车尾气等,现主要被应用于环保相关行业。

四、滑动弧放电:将高压电源连接在两个分开的电极上,气体沿电极在其间距最小处被击穿,产生的电弧(放电)向外扩散,直到断裂,同时又产生新的电弧,便可源源不断地产生等离子体,其主要应用于材料表面处理和有毒废弃物的处理。

五、高频放电:放电电源频率在MHz以上的气体放电形式(常用频率13.56MHz)。在高频电场下,电子与气体分子发生碰撞产生电离,生成等离子体,和滑动电弧放电一样,常应用于材料表面处理和有毒废弃物的处理。

本文由中科院大学物理科学学院研究员陈硕进行科学性把关。

(责编:严远、轩召强)
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