等離子體和表面的相互作用

     等離子體和表面的相互作用，例如濺射，已發(fā)現(xiàn)了一個(gè)世紀(jì)以上，但只有這一領(lǐng)域和受控?zé)岷司圩冄芯肯嘟Y(jié)合，才得到迅速發(fā)展。在受控?zé)岷司圩冄芯康脑缙陔A段，就已發(fā)現(xiàn)并研究了單極弧、氣體循環(huán)等現(xiàn)象。但當(dāng)時(shí)等離子體參量比較低，這些研究并未引起足夠的重視。

  20世紀(jì)70年代，由于受控?zé)岷司圩?、特別是托卡馬克的進(jìn)展，逐漸認(rèn)識(shí)到雜質(zhì)問(wèn)題的重要性，對(duì)這一課題投入越來(lái)越多的工作，發(fā)展成為受控?zé)岷司圩冄芯康囊粋€(gè)分支。因此，作為一個(gè)研究領(lǐng)域，等離子體和表面的相互作用主要指受控?zé)岷司圩冄b置中的高溫等離子體和表面的相互作用。

  等離子體和表面相互作用是一個(gè)邊緣研究領(lǐng)域，它和等離子體物理、表面物理、等離子體化學(xué)、原子物理、分子物理等學(xué)科都存在密切的關(guān)系。

       由于等離子體可以劃分為低溫等離子體和高溫等離子體，等離子體和表面的相互作用也可劃分為兩個(gè)方面。

  低溫等離子體和表面的相互作用主要發(fā)生在等離子體切割、焊接、冶煉和表面處理，磁流體發(fā)電機(jī)的器壁和電極，以及當(dāng)運(yùn)載火箭通過(guò)大氣層時(shí)在火箭外殼表面形成的等離子體和外殼之間，等等。這種等離子體的溫度約為103～104K，密度較高，壓強(qiáng)接近一大氣壓。

  高溫等離子體和表面的相互作用主要發(fā)生在受控?zé)岷司圩兊膶?shí)驗(yàn)裝置，以及未來(lái)的聚變反應(yīng)堆的反應(yīng)室的第一壁（即等離子體直接照射的固體壁）、偏濾器、孔闌以及磁鏡裝置的能量直接轉(zhuǎn)換器表面。

  在這些表面附近,也存在著溫度比較低的等離子體,即所謂邊界層。但在反應(yīng)室的中心存在著幾百萬(wàn)度以至于幾千萬(wàn)度、幾億度以上的高溫等離子體，從中輻射出高能粒子和各個(gè)頻段的電磁波。

  在聚變堆中，還有像高能中子以及 α粒子等這樣的熱核反應(yīng)產(chǎn)物。這些粒子和輻射到達(dá)固體表面，產(chǎn)生各種形式的作用。

  在受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置和聚變堆中，這種等離子體和表面的相互作用產(chǎn)生兩方面的影響。

  首先，這一相互作用使大量不能參加核反應(yīng)的雜質(zhì)離開(kāi)表面，進(jìn)入等離子體，造成污染。這不但降低了反應(yīng)粒子的濃度，而且冷卻了等離子體，使反應(yīng)速率降低，甚至停止。

  其次，這一相互作用對(duì)反應(yīng)室的器壁造成損傷，縮短其使用壽命。因此，必須對(duì)這種相互作用過(guò)程進(jìn)行研究和控制。

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