等离子体论文（精选12篇）
等离子体论文 篇1
近日, 等离子体所低温等离子体应用研究室王奇博士的论文“低温等离子体技术制备基于碳纳米管和石墨烯的复合材料及其在燃料电池中的应用” (Low-temperature plasma synthesis of carbon nanotubes and graphene based materials and their fuel cell applications) 发表在英国皇家化学会权威综述期刊《化学会评论》 (Chemical Society Reviews DOI:10.1039/C3CS60205B) 上, 该期刊是英国皇家化学会专门发表评述性论文的一级学科顶级期刊, 2012年影响因子为24.892。
低温等离子体技术以其高效、常温、环境友好等突出性能成为当前一种有效的材料制备手段, 并在燃料电池、传感器、环境污染物治理、生物医学等方面具有广泛应用。王奇的论文首次系统地总结了低温等离子体制备石墨烯及碳纳米管复合材料以及在燃料电池中的应用, 重点综述了各种低温等离子体技术的特点, 并系统比较各种方法, 尝试提出针对各种方法的改进方法和技术, 最后例举低温等离子体技术在燃料电池电极制备中的突出应用, 并对该方向的发展趋势提出展望。该文对从事低温等离子体技术制备碳纳米复合材料领域的研究人员具有重要的参考价值。
等离子体论文 篇2
等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念,日益受到人们的`关注.本文首先简要介绍等离子体隐身的发展现状;然后分别从折射效应和吸收衰减两方面详细论述等离子体隐身的基本原理,说明等离子体隐身是一种很有前途的隐身方法.
作 者：莫锦军 刘少斌 袁乃昌 作者单位：国防科技大学,长沙,410073 刊 名：现代雷达 ISTIC PKU英文刊名：MODERN RADAR 年，卷(期)： 24(3) 分类号：V21 关键词：等离子体隐身 折射效应 吸收衰减 雷达散射截面(RCS)
等离子体技术助燃航空事业 篇3
等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。
2011年5月12日，我国首个等离子体动力学国家级实验室在空军工程大学挂牌成立。说到等离子体与航空的关系，流传最广的就是所谓的“俄罗斯战机使用等离子体隐身”这一说法，除此之外，即使是热爱军事的朋友，对这方面的了解也比较有限，等离子体距离我们的生活实在是太遥远了。究竟什么是等离子体，除了“战机隐身”，它在航空航天领域又有哪些应用呢？
据空军工程大学何立明教授介绍，等离子体是一种非固态、非液态、非气态物质，而是属于电离状态的物质第四态，在宏观上呈电中性，其运动主要受电磁力的支配，并表现出显著的集体行为。目前，在航空领域的等离子体研究主要集中在隐身和空气动力两个方面。
记者了解到，曾有报道称，等离子体在航空动力上，可以有效地提高燃烧稳定性和燃烧效率，且能极大改善航空发动机压气机增压比升高后的工作稳定性；而在飞机气动力上，等离子体可以减少飞机阻力，增加升力，提高战机的失速攻角和机动性。例如在航空发动机上，风扇、压气机是航空涡扇发动机的核心部件，提高发动机的推重比，增加压气机的增压比是有效方法之一，随之带来的问题则是压气机出口面积急剧缩小、效率严重降低，而通过在压气机的特定位置上布置等离子体激励装置，则会有效改善压气机内气体的流动效果，降低分离损失。
美国、前苏联等军事强国上世纪60年代便开始了等离子体研究，近年来，俄罗斯在等离子体技术研究上屡获突破性进展，遥遥领先于其他国家。但在同时期，我国此方面的研究几乎为零。随着现代和未来新技术战机对飞机总体性能的要求不断提高，等离子体技术的不断发展和它在航空领域中所表现出的不可比拟的诸多优势，使其成为各国技术攻关的核心焦点，吸引了大批科研人员的目光，何立明也在其中。
2002年以来，何立明带领团队，在国内开始了发动机尾喷口等离子体红外隐身技术以及备受关注的等离子体强化燃烧技术研究，为推动我国航空航天事业的发展作出了重要贡献。
过去：起步晚 待突破
据了解，等离子体强化燃烧技术包括等离子体点火和助燃技术两方面。早在20世纪70年代，等离子点火技术就引起了各国专家的广泛关注，但由于当时的技术条件限制，其研究仅限于工业燃烧方面。“近年来，随着燃烧动力学和其他高科技的发展，等离子体点火与助燃技术逐渐受到航空航天动力界的重视。”何立明说，“等离子体点火的高温、射流和化学效应以及等离子体助燃所产生的化学、温升和气动效应能显著提高火焰的传播速度、强化在燃烧室内的燃烧过程，对提高航空发动机在恶劣条件下（空中再次起动）的起动可靠性，提高燃烧性能，增强燃烧的稳定性和减少对大气环境的污染具有重要作用和意义。”
记者了解到，2005年，美国将等离子体动力学列为美国空军未来几十年内保持技术领先地位的六大基础领域之一，同时美国空军推进系统研究实验室还将等离子体助燃列为未来先进发动机技术之一，而俄罗斯也开展了大量实验室原理实验。有报道称，俄罗斯和美国等航空发达国家已经研制出等离子体点火器，并在航空发动机上进行了高空点火试验。
何立明表示，国内等离子体点火与助燃方面的研究工作始于20世纪80年代，主要集中在燃煤设备（电站锅炉）的启动和助燃应用。一些高校、科研院所和锅炉制造厂等相继投入大量人力和财力，研究开发燃煤锅炉等离子点火和稳燃技术，并进行了数值模拟以及一些原理性的实验研究。自2007年起，空军工程大学才在国家自然科学基金及其他相关项目的资助下，结合重点实验室建设，开始探索等离子体点火与助燃的机理，建立了实验系统并进行相关实验研究。
何立明说：“我国等离子体点火与助燃研究起步比其他国家晚，技术基础也比较薄弱，特别是等离子体点火与助燃技术在航空发动机燃烧室中应用的关键技术还有待进一步突破。可以预见的是，如果突破了这个关键技术，将会为解决制约航空装备发展的瓶颈问题提供重要的基础支持，并能从根本上提升我国航空等离子体研究的创新能力。”
现在：缩短差距
等离子体点火具有等离子体射流核心温度高等技术优势，点火能量大、火舌穿透力强，可显著提高点火可靠性，缩短点火延迟时间，特别是有可能取消加力燃烧室的火焰稳定器，进而显著缩短加力燃烧室的长度，提高发动机推重比。但目前我国在等离子体强化燃烧技术研究方面，仍然面临诸多困难和挑战。比如，如何使燃烧室的工作范围足够大，在高温、低温或者高空小表速情况下也能可靠点火、稳定燃烧；如何在缩短激励燃烧长度的同时，能保证可靠点火、稳定燃烧，还能保证等离子体点火驱动电源和助燃激励电源的小型、轻型化和工作的可靠性等等，这些都是当下需要着重考虑的问题。
据悉，我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》已经将磁流体和等离子体动力学列为“面向国家重大战略需求的基础研究”中的“航空航天重大力学问题。”“当务之急是要加强对等离子体技术的研究，努力缩短与发达国家之间的差距，并学习国外的先进技术，尽快实现等离子体技术在我国航空航天领域中的应用。”何立明说，“航空等离子体动力学国家级实验室的成立，很好地证明了国家对等离子体技术在航空领域应用研究的重视，科研人员应好好把握此次机会，推动我国等离子体技术在航空领域的快速发展。”
作为等离子体强化燃烧技术研究课题组组长，何立明带领团队在国家的资助下，开展了一系列研究：如进行了在燃烧室中产生等离子体的条件、机理、方法的理论分析、参数控制及实验测试方法的研究，等离子体助燃效果计算、等离子体点火与助燃过程的数值仿真和影响因素分析，建立并完善了等离子体点火与助燃实验系统，设计了原理性实验的等离子体点火器，进行了点火特性实验，为等离子体强化燃烧研究奠定了初步基础。
不仅如此，何立明课题组还设计了原理性实验的等离子体助燃激励器，并进行了激励特性，激励器几何参数、激励参数优化，助燃特性实验和助燃效果分析，获取了一批重要的一手资料。在理论分析的基础上，课题组建立了等离子体点火与助燃条件下的燃烧室三维流场数值计算模型，计算、分析了等离子体点火与助燃的机理和参数变化对等离子体点火与助燃的影响规律。为开展基础性实验研究，研制出了用于航空发动机燃烧室的验证性等离子体点火驱动电源、点火器和助燃激励器，为进行航空发动机燃烧室实验件的地面和高空模拟验证实验奠定了技术基础。
近年来，何立明课题组以等离子体动力学、燃烧学和飞机推进系统原理为理论基础，围绕提高航空发动机动力装置燃烧室的点火可靠性，扩大稳定燃烧范围，开展等离子体强化燃烧技术研究，极大地推动了国家重点学科“航空宇航推进理论与工程”的建设和发展。2005年，以课题组成果为重要支撑的“建设特色鲜明学科专业培养新型军事航空工程人才”教学成果荣获国家教学成果二等奖；2006年，《航空燃气涡轮发动机原理》网络课程获全军优秀网络课程一等奖；2007年，《飞机推进系统原理》课程教材获得国防工业出版社“优秀图书”二等奖，2008年，此课程被评为国家精品课程。
“我们所取得的这些成果和奖励都有力地说明，经过一批科研人员的共同努力和近几年的大力建设和发展，我国等离子体技术的研究队伍和平台已初步建立。而国家级实验室的成立，更是推进我国在航空动力发展领域实现理论和技术创新的重要举措，也为国内相关领域发展学术研究和交流活动提供了共享平台。接下来我们要做的是开展更为深入的研究，突破目前仍然存在的瓶颈，拓宽我国等离子体技术在航空领域的发展局面。”何立明表示。
未来：争做后起之秀
一直以来，美国、俄罗斯等技术发达国家对航空等离子体动力学与技术研究十分重视，在这方面的投入也是大手笔，目前他们已经取得了一批具有重大影响和作用的成果。在国外，激光冲击强化、强流脉冲离子注等技术已经在工业上得以应用，且产生了巨大的军事、经济效益。不仅如此，这些国家的等离子体点火、低速等离子体流动控制技术已经完成试飞。而国内只有激光冲击强化实现实际应用，等离子体点火实现地面应用，其他技术只进行到原理研究或实验室验证阶段。
何立明说：“目前看来，我国与发达国家之间确实存在不小差距，但要想成为后起之秀也不是不可能，这需要有上至国家，下至科研院所、高校的支持和共同努力。去年等离子体动力学国家级重点实验室在空军工程大学挂牌成立，足以显示我国已经进入航空动力、飞行器气动力研究的前沿领域。未来，我国应大力发展航空等离子体动力学与技术研究，从而为航空装备研制和维修提供重要的技术支撑。”
我们相信，随着我国在等离子体动力学研究上的不断深入，中国在研制大推重比先进航空发动机的技术积累方面，将会更为深厚，从而也会为先进战机、航天飞行器等装备的发展奠定坚实基础。
等离子体科学发展概述 篇4
早在19世纪,随着电学的产生,科学家们就已观察到一些属于等离子体效应的现象:19世纪30年代起,对放电管中气体的导电、发光现象进行了很多研究,如麦克尔·法拉第(Michael·Faraday,1791～1867,英国人,发现电磁感应定律,电力线,磁力线)在19世纪30年代研究低气压放电的辉光现象,发现暗区存在,后来称之为法拉第暗区.1879年英国的威廉姆·库克斯确认了放电管中的气体呈现特殊状态——电离态.但是,在1895年汤姆森(J.J.Themion)发现电子及稍后玻尔C N.Bohr)、卢瑟福(E.Rutherford)等人建立物质的原子理论之前,对等离子体态真正进行研究是不可能的.1897年,J.J.Thomsan对不同稀薄气体,不同材料电极制成的阴极射线管施加电场和磁场,精确地测定构成阴极射线的粒子有同一荷质比,为电子论提供了实验依据,电子就成了最先发现的亚原子粒子.
在等离子体研究的发展史上,有一位科学家必须提及:他就是美国的化学物理学家,1932年诺贝尔化学奖的获得者——欧文·朗缪尔.
正是朗缪尔,在1928年首次采用了“Plasma”这个词(中译为等离子体)来定义包含了电子、离子、中性原子和分子,具有相当电离度,总体呈电中性的气体状态.1924年朗缪尔提出静电探针诊断法,将钨丝做的诊断探针伸入到等离子体内部,通过改变探针上的偏置电压,得到相应的电流从而得到其伏安特性.再由曲线算出等离子体内温度、密度等参数(包括电子温度,密度等)这个方法至今仍在不断改善和应用.
同期,朗缪尔和L.汤姆斯在实验室中发现了等离子体的振荡现象,即等离子体中的电子在自身惯性作用和因正负电荷分离所产生的静电恢复力作用下发生的振荡.这种等离子体振荡的频率即等离子体频率,亦称为朗缪尔频率.
与此并行,20世纪以来对空间等离子体的探讨也随着科技发展而深入.关于大气上层的电离层的研究首先随着无线电通讯技术开展起来.1901年马可尼(G.W.Marconi1874～1937,意大利人,因在无线电通讯方面杰出贡献获得1909年诺贝尔物理奖)成功试验了从加拿大到英国之间横跨大西洋3000km的越洋无线电通讯.因地球是圆球形的,电磁波的传播是直线的,如何解释这个试验结果?1902年,A.E肯涅利和O.亥维塞先后预言在大气上层存在能反射无线电信号的电离层,即肯涅利-亥维塞层.电离层(ionosphere)是地球大气上层的电离区域.60km以上的整个地球大气层区域均处于部分电离或完全电离的状态.一般把部分电离的大气称为电离层,而最上层完全电离的大气区域称为磁层.或统称为电离层.地球大气上方的电离层一直伸展到近1000km.其中存在相当多的自由电子和离子,能使无线电波反射、折射、改变速度和方向.这些带电粒子是由于受地球以外的射线,主要是太阳辐射对中性粒子和空气分子作用而电离的.1924年英国物理学家阿普尔顿(1892～1965,1947年获诺贝尔物理奖)用连续波法探测了电离层,证实了肯涅利-亥维塞层的高度范围.1925年美国G.布赖特和M.A.杜福(G.Breit,M.A.Tuve)发明电离层垂直探测装置,阿普尔顿对他们的脉冲技术作了改进和应用.
1949年人们应用V-2火箭,安装了朗缪尔探针,开始了大气上方电离层的直接探测.而1957年人造地球卫星发射成功后,电离层的探测进入一个新的时期.
等离子体物理基础的建立是在1930～1950年之间,当时研究的天体方面除了电离层中射频波的传播外,还包括太阳的活动如何导致地球上的极光现象和磁暴,磁场在恒星,银河系及星际介质中起的作用等.
19世纪末及20世纪初,科学家发现了放射性及原子内部结构.著名的物理学家爱因斯坦(Albert.Einstein,1879～1955,1921年获诺贝尔物理奖,创建狭义相对论和广义相对论)1905年发表了狭义相对论——以光速不变原理出发的时空理论,提出了著名的质能守恒定律,E=mc[2].这个定律解决了长期存在,令人困惑的恒星能量来源(包括太阳)的问题.并成为人类向上天学习,利用原子核能量的理论依据.
核聚变现象的研究最早起始于1919年,美国物理学家阿斯顿(F.W.Aston)发现了轻核聚变反应现象,并和卢瑟福(L.Rutherfozd)一起,证实了轻元素以足够大的能量碰撞引起核反应的现象.10年后,阿特金森(R.Atkinson)和奥特曼斯提出了太阳内氢原子在几千万度高温下聚变的假设.1938年召开了一次世界物理学家和天体物理学家的交流会议.在此基础上,美国物理学家贝蒂(H.Bethe,1967年诺贝尔物理奖获得者)提出了热核反应是长期维持恒星能量消耗的主要能源.近年来发现越来越多的高能物理现象,狭义相对论亦成为解释这些现象的一个基本理论工具.
第二次世界大战中著名物理学家费米(E.Fermi)和爱德华·泰勒(E.Teller)提出了氢弹原理和核聚变反应堆的设想.
第二次世界大战以后,科学家对原子能的和平利用进行了大量研究.在建立及发展核裂变反应堆的同时,从太阳的能源得到启发,开始了核聚变反应堆的可行性研究.因为核裂变反应堆也有与煤、石油等化石燃料类似的原料及环境污染问题,而核聚变反应堆资源丰富、洁净、安全,被认为是人类的最终能源.受控核聚变举步艰难.根本原因在于轻元素原子核的聚合远比重元素的原子核分裂困难得多.首先必须使聚变物质处于完全等离子体态,即电子与原子核分离,然后,当带正电的原子核达到够高的动能,它们才有碰撞聚合的可能.最先开始研究的是磁约束聚变反应堆,即用磁场来控制高温等离子体.1958年在第二届和平利用原子能国际会议上达成国际合作交流,公开研究计划协议,集中发展“托克马克”实验研究途径后,取得令人鼓舞进展.核聚变的科学可行性得到证实.90年代后国际合作的热核反应堆工程设计正式启动,从点火装置的实验阶段转到反应堆工程物理实验阶段.
20世纪60年代中,另一种方式称为惯性约束聚变是在不稳定的等离子体中实现核聚变的一种方法,开始了探索.1963年前苏联科学院巴索夫院士提出了激光引发核聚变的建议.并在1968年前苏联学者用实验证明,概念是正确的,可以探测到有个别的靶核释放出高能量的中子.我国物理学家王淦昌教授在1964年独立地在国内提出建议,70年代在上海实验证实原理可行性.只是对激光器的能量要求当时是望尘莫及的.这两种方案近几十年前取得重大进展.尽管离真正的能源还差得非常远.但使一个“异想天开”的想法变成了将来可能实现的愿望,经过了众多科学家的不懈努力.聚变核能的研究同时促进了许多先进等离子体科技的迅速发展.如脉冲束,强激光束装置及激光等离子体相互作用机制,超导材料的应用发展,同位素分离技术等.
天体方面的等离子体研究进展,得益于高端探测技术的实现.
1931年在美国新泽西州的贝尔实验室里,大学刚毕业不久的美国工程师K.杨斯基(Kavl.Jansky)接收到通讯的异常干扰信号,经过追踪、实验,最终发现它来自太阳系外的银河星系中心附近.揭开了来自太空的无线电波秘密,从而产生了一个新的观测手段.1937年,第一台抛物面型的射电望远镜就问世了.第二次世界大战后,射电天文学脱颖而出.上世纪60年代天文学上几项发现如宇宙微波背景辐射、类星体、脉冲星等均用射电望远镜观测得到.
也许不少人知道,最早的天空光学望远镜是伽利略制造的,虽然非常简单,但早在1610年1月第一次指向天空,靠它发现了太阳上的黑子.
20世纪20年代天文学家普遍认为宇宙就是银河星系,且认为宇宙是静止的.美国天文学家哈勃(Edwin P.Hubble,1889～1953)通过当时最大的望远镜发现所观察到的星云并非都在银河系内.他分析了一批亮度周期性变化(称之变星)的星云*,断定距离地球远达几十万光年一定位于银河系之外.且这些星系看起来都在远离我们而去,距离越远,远离的速度越快.换句话说,宇宙是在不断膨胀的,并于1929年发现宇宙膨胀的速率(星系的运动速度同距离的比值)是一常数,后被称之为“哈勃”常数.
由于地球大气的扰动会造成所观测天体像的畸变,在1990年,由美国的航天飞机将一台巨大的以“哈勃”命名的太空望远镜发射入太空.在离地球表面580km的轨道上运行.它的重量达到1.1×104 kg.镜面直径达240cm,运行至今已20年.2009年,宇航员进行了最后一次太空大修,借助例行维护和升级,“哈勃”的功率比最初发射时提高了100倍,获得大量的图片,资料.哈勃太空望远镜的观测发现让从行星到宇宙的几乎所有天文学领域经历了一场革命.观测能力的增强,使我们能根据有关等离子体过程的理论模型,对很多天体物理对象进行分析描述.等离子体物理可能或正成为诠释天文观测结果的主要出发点.空间研究寻求对星球甚至太阳系大尺度上自然过程的有益理解,以确定人类对其所处环境的依赖关系.尽管人类从古代就观察宇宙空间,但直到20世纪才将天体和等离子体联系起来.同一门学科——等离子体物理,对聚变和空间研究两者都是至关重要的.而且太阳系中的等离子体现象已被证明是一般天体过程的样板.
最早的低温等离子体应用是霓虹灯.荧光粉发光型低气压放电,1926年传入中国(上海).低气压汞蒸汽灯又称荧光灯在1939年纽约世博会上大规模使用.大约上世纪80年代,随着微电子工业、材料工业发展、低温等离子体的应用研究异军突起,给人类生活带来了显著变化.一些在空间领域低温等离子体研究人员,也转向以材料等为导向.80年代一个最突出的成果就是:采用等离子体发生器代替传统的芯片化学刻蚀、清洗.使计算机线路、元件微型化,从而出现了计算机小型化及大规模集成电路芯片.人们发现等离子态,由于具有活性粒子,创造了独特的能量交换环境,又因可以通过电磁场,温度等调控,各方面的应用,研究为低温等离子体科学的应用发展带来了各种机遇和挑战[3].
现在,低温等离子体物理与应用已是一个具有全球影响的重要的科学与工程.对高科技经济的发展及传统工业的改造均有重大影响.科学家预测,21世纪低温等离子体科学及技术将会产生突破.等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料,研制新的化学产品和工艺.改造和精制材料及表面等等,均有广泛的工业前景.
*:造父变星:是一类高光度周期性脉动变星.即其亮度随时间呈周期性变化.因典型星仙王座delta(中文古代名造父而得名.根据造父变星的周光关系,可以确定星团,星系的距离.因此造父变星被誉为“量天尺”,北极星也是一颗“造父变星”.如果两颗造父变星的光变周期相同则认为它们的光度亦相同/这样只要用其他方法测量了较近造父变星的距离,就可以知道周光关系的参数,进而就可推出遥远星系的距离.
参考文献
[1]等离子体和流体.美国等离子体和流体物理学专门小组.中译本1996年霍裕平等译.1986(Plasmas and Fluids ISBN 7-03.004686-2 National Academy Press,1986)
[2]今日天体物理.中国科学技术大学天体物理研究室.上海:上海出版社,1980年11月
等离子体处理香瓜种子试验研究 篇5
用等离子体处理香瓜种子,研究其对香瓜生物学性状、品质、产量及产值的影响.结果表明:等离子体处理的香瓜种子,明显提高了种子的发芽势、出苗率、出苗期干重、开花率、坐果率;促进坐果期和成熟期提前1～2d;使含糖量提高,平均增加7.3%;增产4741.5kg/hm2,增幅26.44%;增值15 393.0元/hm2,增幅24.65%.
作 者：方向前 赵洪祥 李忠芹 孟祥盟 张丽华 谭国波 闫卫平边少锋 柴寿江 作者单位：方向前,赵洪祥,孟祥盟,张丽华,谭国波,闫卫平,边少锋(吉林省农业科学院,吉林长春,130034)
李忠芹,柴寿江(桦甸市农业推广中心)
低温等离子体在废气处理中的应用 篇6
关键字：低温等离子；废气处理；研究
废气是指在大气中的异常气体，通过一定的传播途径作用于人的嗅觉器官并造成身体不适的公害气态状物质。这类气体的来源主要为各类工业企业日常排放的各类废气。部分有毒有害废气散发到空气中，影响人类的正常生活及日常工作，可以使人们感到恶心呕吐，影响睡眠质量，甚至引发疾病。为提高人们的生活质量，减少雾霾的形成，废气的处理工作已经刻不容缓。
一、有机废气处理的研究现状分析
1、目前常用的有机废气处理技术。冷凝法、燃烧法、吸附法、吸收法、生物法、化学氧化法是目前国内处理空气中有机废气的主要手段，这些处理技术都有各自的优缺点。冷凝法仅适用高浓度有机废气；燃烧法具有片面性，仅适用中高浓度有机废气，且不适用不可燃废气；吸附法所用的吸附介质价格昂贵，适用于低浓度有机废气，且废气中颗粒物浓度不能过高、温度不宜过高，难以处理大体量有机废气；吸收法的处理效率太低，所用的吸收物造成资源浪费，过分消耗吸收剂，易形成二次污染；化学氧化法和生物法仅适用特定的低浓度有机废气，生物法填充的介质需要定期的更换来维持其净化效率，相对来说不容易控制其处理效果。这几种方式对疏水性废气和难以降解的气体作用不大。
2、低温等离子的物理研究。我国分两个方面对等离子进行研究：（1）热等离子的研究现状。热等离子的研究主要是以电弧为研究对象，在功率较大的电弧上面覆盖纳米粉和一些冶金合成材料，让热等离子发挥更大的作用。科技部对煤粉转化成乙炔的项目给予了大力支持，此技术在石油方面将是一个革命性的突破。（2）等离子体鞘层物理。在等离子的应用当中，要进行物体的相互作用，就必须要借助鞘来完成，所以受到了科学界的广泛重视。在国内已有多位专家进行研究。
二、低温等离子的作用原理和特点
1、作用原理。介质阻挡物质放电是一种放电方法，是一种以获得高气压下低温等离子的方式，产生于两个电极之间。介质阻挡放电有多重特点，如电晕放电、均匀放电的高气压和辉光放电的大空间。这些放电的方式持续的时间非常短暂，由许多微放电构成，在时间和空间上随机分布。介质的电子在电磁场中获得所需的能量，阻挡了放电，与污染物进行碰撞，激发了自身的能量转化为内能或动能，被激发了的分子在电离的作用下形成活性团，加之水和氧气，产生新的生态氢等活性基团，进而引发一系列的化学反应。从实验中我们得知，废气中的有机成分与实验中出现的活性物质进行反应，最终形成自然界中已经存在的二氧化碳和水等物质，在减少二次污染的同时净化了环境，还人类一个干净的大气层。
2、作用特点。在低温等离子处理废气的实验中，处理相同体积的废气，低温等离子要比其他的方法节能，平均降低能耗达三分之二，其优势也就凸显出来。不仅如此，低温等离子处理废气还具有处理废气量较一般方法大的优点。另一方面，在有机废气处理中，不可避免的会出现二次污染的情况发生，但由于低温等离子的处理废物只有水和二氧化碳，最大程度的减少了二次污染物的产生，将污染物处理的方式提升了一个新的高度。
三、低温等离子在当前的应用
1、应用项目。排放废气的工业企业都要求安装废气净化设备，废气经监测合格后向空气中排放。本文以某大型化学公司的污水处理站为实际调研案例。污水处理站的废气主要来源于工业废水净化池、兼氧池等处理设施散发的废气，主要的污染因子有：硫化物、亚硫酸、甲硫醇、氨、醚类物质以及和有机酸等物质。一旦处理不当，污染物挥发到空气当中，将对人们的呼吸道系统造成很大的影响，所以尽早的将低温等离子处理方式引入到废气处理中是重中之重。
2、等离子的处理方式。与目前我国使用较广的废气处理方式进行比较，在考虑到经济成本的前提之下，对废气污染物进行有针对性的处理，一定要提前确定拟处理的废气适用低温等离子法进行裂解氧化，以免无法达到预期处理效果。
首先，第一道净化是将废气进行统一的预处理，用适当的溶剂进行吸收，将可以用普通方式净化的污染物处理掉，在经过气体分配器，将废气均匀地分布到低温等离子反应器中进行净化，确保每个反应容器中经过的废气大致相等。在废气处理的过程中同样重要的一点是将来自不同工段的废气充分混合，在反应容器中才能够充分的净化有害气体。
在经过低温等离子处理后，将相关样本由指定的检测部门进行检测，确定各项指标都达到了国家规定的废气排放标准。采用等离子手段对有机废气进行处理，每立方米的处理仅为0.013元，低温等离子处理有机废气具有较好的经济可行性，为我国的废气污染处理事业奠定了基礎。
总结：经过多重实验与实际总结，利用等离子处理工业废气具有如下优势：1、在以往的废气处理过程中，方式方法的限制很多，温度限制，湿度限制等，但在介质阻挡放电的低温等离子方式中，对污染物的降解存在普遍性，可以处理多种大气有害分子，在效率和价格上，远远优于其他处理方式。2、在使用其他方式进行处理有机废气时，会产生其他的污染物，虽然也达到了减少重度污染的作用，却并不彻底。在低温等离子的运用中，产物只有二氧化碳和水，不对环境造成污染。3、速率高，几乎不受空气流速限制。4、普通的污染物处理设备年久失修都会造成一定的资源浪费，而等离子采用的是防腐蚀材料，从根本上解决了废气对设备的腐蚀。5、设备占地面积小，结构简单，相对其他方式来说更具有可行性。
参考文献
[1] 张东年，冯翀.低温等离子体在废气处理中的应用效果分析[J].科技风，2015（24）：35-35.
[2] 陈殿英.低温等离子体及其在废气处理中的应用[J].化工环保，2001（3）：136-139.
等离子体种子处理技术 篇7
从人类的第一颗人造卫星上天, 到今天世界各国航天技术日新月异飞速发展, 航天技术除了首先应用军事领域外, 也更多的为各国科学家应用于医学试验、信息技术、工业新材料、农业新品种等人类社会的各个领域。
通过人造卫星或宇宙飞船搭载农作物种子的试验中, 人们发现, 经过太空旅行的种子具有出芽早、出芽齐、出芽壮, 对不良环境抵抗能力增强, 种植后果实品质好、产量高的特点。但毕竟航天器每次搭载的种子数量、品种有限, 要实现大面积应用还面临困难。
1986年3月, 我国王大衍等四位老科学家联合给中共中央写信, 提出要跟踪世界先进水平, 瞄准世界前沿, 带动相关领域科学技术进步, 建议国家为高技术研究设立专项, 支持高技术研究, 经邓小平批示, 国务院决定支持并实施该计划, 这项计划的全部名称为“国家高技术研究发展计划”。因为这项科研计划起源于1986年3月, 后称“863”计划。目前, “863”研究项目基本代表了我国应用科学研究的最高水平。
经过用等离子体处理后的种子两年的田间试验并取得良好效果的基础上, 经有关专家论证, 以吉林省农业科学院为主持单位, 大连博事等离子体有限公司为合作单位, 上报国家科技部, 经过“863”专家组审查, 正式列入国家“十五”第一批生产和现代农业“863”计划 (课题编号:21001AA246101) 。
二、等离子体及其种子处理技术原理
1.等离子体
等离子体不是一种特殊物质, 它只是物质存在的一种状态, 也被称为物质的第四种状态, 我们常见的物质分为固态、液态、气态三种状态存在, 但是对于气态的物质再加高温度达到一定程度后就形成了等离子体。
2.等离子体的存在及应用
自然界中的等离子体并不是很多, 下雨时的闪电及雷电形成的火球是等离子体, 原子弹爆炸产生的高温气团是等离子体, 宇宙飞船返回地面穿越大气层时与大气摩擦在返回舱周围形成等离子体, 宇宙中的物质99%是等离子体, 恒星是等离子体, 太阳是其中之一。
等离子体具有能量、发光、高温、形成磁场、辐射带电粒子、吸收无线电波等特性, 目前, 人们将它广泛应用于航天实验、军事国防、金属切割、电子工业、新能源研究、发展新材料等广阔领域。等离子体技术在农业生产上的应用才刚刚开始。
3.等离子体种子处理技术与等离子体种子处理机
等离子体种子处理技术是一项物理农业技术。它是在农作物播种前用等离子体种子处理机对种子进行处理, 使农作物增产的高新技术, 其播种方法与常规相同。
等离子体种子处理机是借鉴航天育种中宇宙中等离子射线对种子影响的物理原理, 研制成的模拟太空条件的种子处理工具。
等离子体种子处理机中安装了等离子体发生装置构成的等离体辐照室, 还安装了由多组电感组成的切交变电磁作用室, 种子在通过处理的过程中具有纵向、横向、速度、时间的不均匀的特点, 在整个自由落体运动中相继接受等离子体辐射、交变电磁作用和臭氧杀菌消毒过程。使种子的活力得到提升, 离子交换能力增强, 酶的活性提高, 可溶性糖和可溶性蛋白增加, 从而达到作物种子从萌发到成熟结果, 整个生命周期具有综合优势, 增加产量、改善品质。等离子体种子处理机没有任何化学药剂, 不污染环境, 是一种对大田作物、瓜芽和经济作物等种子普遍有效的平台技术。
4.技术原理
种子在农业生产中起着非常重要的作用。种子品种之间的优劣差异很大, 就是同品种的种子也存在着活性强度、生长潜力的差异。人们把活性强度、生产潜力的特性称为种子活力。
等离子体种子处理技术就是提高种子活力的技术, 等离子体种子处理技术的机理是通过等离子体发出的各种能量作用于种子, 激发种子潜能, 提高种子活力, 增强种子的健壮度, 种子及作物后续生长的内在潜力得到提升。经过处理的种子更加健壮, 缩小了种子个体之间差异。因此, 种子的发芽率明显提高, 田间出苗迅速整齐, 苗情长势旺盛, 根系发达, 抗旱, 抗病, 抗寒, 促进早熟, 提高产量, 改善品质。等离子体处理种子的作物首先表现为根系明显发达, 作物能够更多地吸收水分和养分;其次, 表现为出苗迅速整齐, 为作物的生长奠定了基础;第三, 生长旺盛, 叶面积增大, 光合速率增强, 蒸腾速率提高, 使吸收的养分得到有效的转化;第四, 生理代谢加快, 可流性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量增加, 强化了作物生长的代谢功能;第五, 抗旱、抗寒、抗病能力增强, 保证作物健康成长;第六, 提高了肥料的有效利用率, 使土壤中的养分更多地被作物所吸收;第七, 生育期提前, 争取到作物生长发育的有效时间;第八, 促早熟, 增加产量, 改善品质。
常用的种子处理技术有三种:磁场、电场和等离子体种子处理技术。大连博事等离子体有限公司生产的等离子体种子处理机 (太空机) , 将这三种技术集为一身, 在国内种子处理技术中处于领先地位。
三、推广前景及问题
从1999年第一台等离子体种子处理机问世到今天, 大量的试验、示范和田间应用充分证明, 等离子体处理技术对农作物有显著的增产效果, 是一项科技含量高、增产作用明显的高新技术, 是一项绿色环保、无污染的物理技术, 它实用性深, 易于掌握, 操作简便, 综合优势明显。经济和社会效益显著, 具有广阔的推广前景。
该项技术对于国家粮食安全战略具有重要作用, 等离子体种子处理技术已被列入国家“十二五”农业重点推广项目和我省十二五期间农业重点推广技术。
当前, 推广应用中遇到的问题是, 推广速度不快, 积极性不高, 究其原因, 有以下几个方面:第一, 这项技术不是农业生产中的诸如种子、化肥、农药、机具等必须品。用也可以, 不用也不减产, 大家都不用都不增产也都不减产;第二, 单机成本较高, 每户农民的相对耕地又较少, 不值得家家都买, 以DL-2型等离子体种子处理机为例, 单台价格3万元, 即使国家给予一半的补贴也还是需要1.5万元之多, 这对于家中只有几亩或几公顷土地农户来讲, 做出该项投入决定确实不易;第三, 国家虽有补贴政策, 但各地实施和农户购买时都倾向于田间作业机具, 同时因补贴资金相对不足, 分到各个乡村的指标更是捉襟见肘。
对于加快推广应用等离子体种子处理技术的几点建议与看法:利用各种媒体手段和科普活动, 大力宣传该项技术, 提高广大农民的认识, 调动其使用积极性;利用试验示范田 (基地) 的增产模式, 让农民朋友直观地感受到增产的确切效果;在国家惠农补贴的基础上, 各级地方政府再出台一些政策, 扶持一下该项技术的推广, 建议有条件的乡村利用集体经济购买机器, 给农民使用, 谋福于民;建议政府部门对等离子体种子处理的示范园区给予大力的经济支持, 以利于广大推广科技人员各项工作的开展。
等离子体处理种子技术 篇8
等离子体是物质存在的一种状态, 是固态、液态、气态之外的另一种状态。宇宙中99%的物质是等离子状态, 太阳就是其中之一。
二、等离子体种子处理机处理种子的主要原理
等离子体种子处理机的研制是受太空航天育种的启示, 仿照空间的等离子体环境, 在种子处理机上安装了高压电弧等离子体和交变电磁场装置。这个装置产生震荡的超短紫外光和震荡的交变电场、交变磁场和臭氧, 处理种子采用垂直自流的方法, 种子的运动方式为自由落体。等离子体种子处理机, 将震荡的超短紫外光源和具有空间交变梯度的震荡电场和震荡交变磁场集合为一体, 种子及相关物质同时处于运动状态, 相对变量较大。对种子而言, 形成了光、电、磁、活性粒子, 臭氧及变速运动的局部环境。在这种环境中, 种子接受了光辐射、电磁辐射及臭氧的激励作用。
三.等离子体种子处理机处理种子的技术效果
1.发芽率明显提高
玉米处理组比对照组发芽率提高幅度为1%~5%, 大豆为5%左右, 水稻平均为8%。特别是纯度不高的种子发芽率提高更大。
2.出苗齐, 苗期提前
据我们在梨树镇、大房身乡经过两年的实验表明, 经过处理的种子比未处理的种子提前1~2天出苗。作物株高平均增加3~5cm。玉米抽雄期比对照田早2~3天。
3.作物根系发达, 根数增多
大豆经试验表明, 次生根增多, 叉数平均增加0.2~0.9个。
4.长势旺盛, 分蘖增加
水稻试验结果表明, 分蘖期提前1~2天。分蘖数量平均增加2.6个。
5.抗旱抗病能力增强
实验表明, 经过处理的种子, 农作物在生长过程中抗旱能力特别强。在干旱情况下, 玉米苗期比对照组明显的表现为旱时不打蔫。经过处理的白菜种子霜霉病明显减轻。
6.促进早熟品质改善, 提高产量
花生、香瓜、豆角早上市5天, 水稻、玉米、大豆早熟1~5天, 特别是玉米收获期, 表现大为明显。据测算, 玉米增产幅度为17.2%, 水稻增产幅度10.2%, 大豆增产幅度8.5%。
四.处理种子时注意事项
种子在处理的过程中, 通过模拟太空条件的时间为0.45秒。在操作时必须使种子流淌畅通, 不能让其在机械内停留, 否则, 种子的活性会被杀死, 或使种子烤糊、烤焦, 影响出苗率, 甚至不能出苗。对于不同的等级, 每次处理两遍, 种子内不能有杂物。由于种子处理后, 需要8~15天的转化过程, 因此, 要求处理后的种子应在5~12天内播到田间。过早酶没有被全部激活;过晚被激活的酶, 又重新沉睡, 失去了处理的作用。
五.等离子体处理种子技术经济效益和推广前景
等离子体处理种子技术方法简单, 操作控制为“傻瓜式”, 用旋钮调整到合适的计量后, 上边倒入种子, 下边接装种子即可, 适宜农村专业户购买使用。等离子体种子处理机运行费用很低, 每小时用电1kW以内, 每小时处理种子500kg以上, 用工2人, 用电费1kW按1.0元计算, 人工费每小时10元计算, 设备每小时16元计算, 1kg种子费用0.07元, 每亩平均用种按3.5kg计算, 每亩处理费用0.25元。瓜菜等经济作物用种少费用低, 增产幅度大, 经济效益远高于大田作物。
低温等离子体诊断分析 篇9
等离子体(又称等离子区)定义为包含大量正负带电粒子而又不出现净空间电荷的电离气体,是由大量带电粒子组成的非凝聚系统(等离子体是物质存在的基本形态之一,与固态、液态和气态并列,称为物质第四态)。宇宙中大部分物质处于等离子体状态[1]。等离子体有着许多独特的物理和化学性质,因此被广泛应用于材料表面改性、能源、航空、环境科学及国防等领域。
随着超大规模集成电路(ULSI)尺寸的不断缩小,微电子器件的集成度不断提高,器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容(RC)耦合增大,从而使信号传输延时、干扰噪声增强和功率耗散增大。要解决这些问题,就要采用低电阻率的连线材料和低介电常数的绝缘材料来取代目前所用的Al/SiO2材料架构。作为SiO2的替代材料,多孔的SiCOH低介电常数材料和超低介电常数材料已引起人们广泛的关注。作为Al的替代物,Cu由于具有更低的电阻率而被用作为互连线,从而使互连线的电阻率降低了40%。但是,当Cu互连线与多孔低介电常数材料集成时,Cu互连线中的Cu原子或离子在热处理时或在电场作用下,易向多孔介质膜的孔隙中扩散,从而导致漏电流增大和击穿场强的降低,使介质层的绝缘能力降低。如果能通过适当的表面处理使存在于SiCOH薄膜表面的孔闭合,就有可能有效地降低Cu向薄膜内部的扩散,从而改善多孔SiCOH薄膜的电学性能。
描述等离子体的主要参量有电子温度、带电粒子密度、轴向电场强度、电子平均动能、空间电位分布等[2]。等离子体诊断方法分为两大类:接触法和非接触法。本文主要介绍了这两种方法。
2 接触法
接触法包括朗缪尔探针法、阻抗测量法等,一般用于对大范围、均匀分布等离子体的参数进行诊断。
2.1 朗缪尔探针法
2.1.1 稳态等离子体的朗缪尔探针诊断
朗缪尔(Langmuir)探针是一种较为传统的测量方法。其结构特征是传感器为一个插入等离子体中“面积小得可忽略”的导电电极(通常是一条线或一个盘)。其电位相对于等离子体可变。其末端有一个暴露在外的小区域,用以收集来自等离子体的电子或离子。收集到的是电子还是离子取决于探针相对于等离子体的电势[3]。
在应用Langmuir探针进行诊断时,通过测量探针的伏安特性(V-I)曲线,可以确定出等离子体参数。图1是一个静电探针测试装置的结构示意图。实际上,探针是一根金属丝,除了顶端外,其余部分由绝缘材料包裹。
由于电子的热速度远大于离子的热速度,因此当探针插入到等离子体中时,电子首先到达探针的表面。这样,探针的表面电位是负的。当接通外电源之后,探针上面就有电流通过。通过测量探针的V-I曲线,即可以确定出等离子体的密度n0和电子的温度Te。
因为探针表面的电位是负的,只有动能大于表面势垒的电子才能到达探针的表面。这些电子的密度分布为n=n0exp(eV/kBTe),其中n0为没有插入时的等离子体密度;e是电子的电荷量;V是等离子体的电位;kB是波尔兹曼常数;Te是电子温度。流过探针表面的电流为其中,I0为最大饱和电流由此可以得到其电子温度为:
通过测量最大饱和电流I0,可以得到等离子体的密度:
虽然静电探针在等离子体诊断技术中已被广泛使用,但会对等离子体的平衡状态造成扰动。特别是对于高频放电,静电探针会产生很大的干扰。
2.1.2 瞬态等离子体的扫描Langmuir探针诊断
图2为扫描Langmuir探针诊断系统示意图。
Langmuir探针组所需的扫描电压由函数信号发生器提供;数字荧光示波器(DPO)记录扫描电压(即CH1与CH3)以及实际加在探针1上的电压(CH2)和实际加在探针2上的电压(CH4),CH1的电压与CH2的电压之差除以电阻R即为流过探针1的电流,类似地,CH3的电压与CH4的电压之差除以电阻R即为流过探针2的电流。显然,当探针上空不存在等离子体时,由于没有探针电流流过电阻R,CH2(CH4)的电压与CH1(CH3)的电压相同,都是电压源的电压。当探针上空出现等离子体并覆盖探针时,探针电流从电压源流过电阻R、探针、等离子体、接地,再从接地流回电压源,因此,CH2(CH4)的电压不再与CH1(CH3)的电压相同,这就提供了等离子体的有关信息。示波器一经触发便记录CH1、CH2、CH3与CH4四路电压的变化情况,记录瞬态等离子体演化过程直至消失的情况。原则上,要求Langmuir探针的V-I曲线在等离子体处于某一稳定状态下进行测量。假设在扫描电压的每半个周期内等离子体的状态近似不变,那么对应扫描电压的每一个周期都可以得出一条V-I曲线,由V-I曲线即可推算出等离子体电子温度等参数,故可以求得探针所在位置电子温度等随时间变化的情况。
为了获得高时间分辨率等离子体的内部信息,扫描电压的频率fsweep应该高于等离子体波动频带ffluc的两倍;同时要求扫描频率不要过高以保证有足够的时间在探针周围形成鞘层。探针上施加适当扫描频率电压的目的是使等离子体处于准稳态,在该扫描频率下认为等离子体参数不随时间而变化。当VS=U0sinωt的交流电压作用于探针时,探针的电压与电流将按照同频率变化。只有满足上述两个条件,随时间变化的等离子体参数才能得到。为了得到可靠的Langmuir探针测量结果,探针的扫描频率必须满足下列关系[4]。
式中,τsheath是探针鞘层形成时间。
2.2 阻抗测量法
阻抗测量法以网络分析理论为基础,对射频放电电压、电流及相位角进行精确测量,结合等效电路模型得到等离子体阻抗的实部和虚部,再结合射频放电模型得到等离子体的电子密度[5]。一个线圈就可以组成一个简便的电流探头,用来测量与电流成正比的磁场强度H,电压探头用来测量与电压成正比的电场强度E,但要想完全屏蔽电场对电流探头的干扰很困难,因此仪表得到的电流示值为射频电压U和电流I共同叠加的结果,用SI表示:
同样由于电流形成磁场的耦合,使得仪表得到的电压示值为射频电压U和电流I共同叠加的结果,用SU表示:
由式(4)、(5)得到:
通过对传感器的校正得到系数a11,a12,a13,a14,即可精确地测量射频电压U和电流I,进而得到放电管的阻抗在此基础上测出无射频放电时阻抗Z0=(jωC0)-1算出C0,电极间的电容Cp0可以由公式Cp0=ε0εrA/d计算得出(A为电极的面积,d为电极间的距离),则分布电容CS=C0-Cp0。调整电极间距离使放电区域只有鞘层和负辉区,考虑到分布电容的存在,射频放电管等效电路如图3所示。
图3中,IP为通过等离子体的电流,IS为通过分布电容的电流,CS为分布电容,RP为负辉区电阻,CP为鞘层电容,ZP为等离子体阻抗,Z为放电总阻抗。设A为电极面积,d为电极鞘层平均厚度,求出等离子体阻抗ZP,进而求出等离子体放电电压U,最后可求出电子密度:
式中,U值为测量值,Ip=U/ZP,ZP、RP可由等效电路求出,此法测得的是电子的平均密度。
3 非接触诊断法
非接触法有微波透射法、光谱法、激光诊断法、质谱法、顺磁共振法、电荷收集器(阵列)法、Thomson散射法等,其特点是对等离子体产生的扰动较小。一般用于对小范围或非均匀等离子体进行精确诊断。
3.1 微波诊断
在等离子体诊断中,较早使用的技术是微磁技术,并获得了较好的结果。特别是微波干涉测量技术已经发展成为一种成熟的等离子体诊断技术。微波诊断(常用毫米和亚毫米波诊断表示)的频率范围为1GHz~3 THz。许多广泛使用的诊断技术,如反射测量技术、电子回旋发射和电子回旋吸收以及干涉测量技术/偏振测量技术都属于这一类。
干涉测量技术/偏振测量技术常被认为是激光辅助诊断。这一技术的特点是:(1)在一定的条件下,它们与高温等离子体的相互作用很微弱,从而对高温等离子体不会造成严重的干扰;(2)能够高空间分辨测定各种等离子体参数。
干涉测量技术是以波在通过等离子体的通路上相对于真空情况经受的相位移为基础的,其基础理论为电磁波在等离子体中的传播特性(包括透射、吸收和反射等特性)。频率是在截止频率以上,并且是在最大相位移和由振动和折射引起的最小干扰之间的一个折衷。通过测量波的偏振平面的变化,有可能提取关于内部磁场的信息,进而提取在等离子体中电流密度的信息。
反射测量技术是将频率低于截止频率的波发射到等离子体中,通过测量探测波相对于参考波的相位移或者通过测量短微波脉冲到反射层并返回的时间来推断反射层的位置。通常,反射测量技术诊断密度分布的中心部分有困难,因为中心部分密度梯度太小。
电子回旋发射基于在电子环绕磁力线回旋期间电子发射的回旋辐射。频率取决于磁场强度,因而取决于在等离子体中的位置。对于光学厚的等离子体,辐射强度正比于局部电子温度。对于光学薄的等离子体,由于容器的反射和存在超热电子的原因,电子回旋发射测量法较为困难,在这种状态下,用电子回旋吸收测量法会更加有利。辐射的吸收是电子温度和密度的函数,因此,应该采用电子密度的单独测量来获得电子温度参数。
3.2 光谱诊断法
光谱诊断是利用光谱仪器中的色散元件将光源发出的不同波长的光分开,并记录各自的发射强度,得到按一定次序排列的发射光谱。光谱诊断法得到的等离子体参数最丰富。采用多道探测器、窄带宽可调频激光、红外傅立叶变换以及其他高频设备,可以揭示离子动力学、电子自由碰撞激发的机理,特别适合于等离子体原位诊断。其优点是不需插入等离子体,不会产生干扰,而且还能获得等离子体参数的时间和空间分辨信息。
在某种意义上,光谱诊断适用的波长范围很宽,从约10m(离子回旋发射光谱学)一直延伸到10pm(硬X射线光谱学)。然而实际上,光谱诊断的工作范围是在波长为10 nm~10μm(可使用光技术)的范围。通过光谱的测量和分析可以推断出等离子体的一些重要参数如温度密度元素成分及其电离状态等。但是高温等离子体的发光机制是多种多样的,而且在实验室中,等离子体不完全处于平衡状态,故各组分粒子一般处在不同状态,其密度、温度各不相同,而且还会随空间、时间而变。特别是在出现不稳定状态下,情况就更为复杂,因此在光谱测量中,高光谱分辨率最重要。
一般的光谱诊断系统由单色仪、光电倍增管、放大器及记录仪等组成,其示意图见图4。
3.2.1 发射光谱
发射光谱法的原理是:当物质中的分子、原子、离子或者自由基等物质在外界的作用下(放电、辐射、化学反应或者高能粒子的碰撞等)被激发到激发态,由于处在激发态的物质一般情况下寿命很短(寿命比较长的称为亚稳态),通常只有约10-8s,所以处于激发态的物质会很快跃迁到较低的能态,则物质就会发光形成自己的光谱。每种物质所发射的光谱分布不同,而且谱线强度还会受等离子体中各种放电参数的影响,因此,通过对发射光谱的分析,可以得到许多关于等离子体中粒子种类、等离子体温度、电子温度等一系列参数的信息。根据发射光谱的谱线频率可确定等离子体中激发态物质的种类:根据谱线的相对强度可获得激发温度Texc;根据Doppler展宽的半峰宽(FWHM)可以计算出离子温度(即表观温度);根据Stark展宽或示踪元素法[6]可获得电子温度;通过模拟转动分辨还可以得到转动温度Trot等。
发射光谱作为一种实时、在线、原位、对体系没有扰动、时空分辨性能良好的诊断手段,已经被广泛应用于非稳定等离子体发光过程的时间行为分析及瞬态参数的诊断。如用于研究基于等离子体为工作介质的开关器件[7];用空间分辨发射光谱测量分析激光烧蚀等离子体中各种烧蚀产物的形成过程和空间分布等[8]。
3.2.2 光学阴影法
采用光学阴影同步照相法可以测量等离子体线度随时间变化的情况,从而得到等离子体的横向尺寸和纵向尺寸随时间的变化关系,以及等离子体的向外膨胀速度。
3.2.3 光学干涉法
利用马赫-曾德尔干涉仪诊断等离子体时,干涉仪能调节两壁的光程差使之接近于零光程状态,从而避免了对光源相干性的要求。该干涉仪调节方便,对获得的干涉图进行处理和计算的方法也较成熟。当采用光路延迟装置时,可使探测光与作用光之间的同步延迟从零开始,从而对等离子体的起始过程进行诊断。
3.2.4 磁诊断法
磁诊断法适用于100 Hz到几MHz的频率范围。磁诊断利用由等离子体发射的电磁波得出等离子体内部信息,因而是被动的。最简单的磁诊断是拾波线圈,其积分电压输出是磁场强度的一个量度。拾波线圈的组合通常用来测定等离子体位置和形状。
3.2.5 激光诊断法
与光谱学类似,激光辅助诊断可在很宽的波长范围内采用(当然,对于超过100μm的波长时应采用微波诊断法)。其短波长极限为100~150 nm,并且由于激光技术取得了进展而继续移向更小的值。激光诊断技术可以测量各种等离子体及各种参数(电子和离子密度、温度、磁场等)而且具有十分好的空间和时间分辨能力,对所研究的等离子体不会造成严重干扰。因此以激光技术为基础的诊断方法己在等离子体的实验研究中得到广泛应用,成为实验室等离子体和聚变实验研究的重要工具。
4 结束语
低温等离子体的诊断方法很多,涉及的内容也很广,但基本上可以分为两类:一类是“打进去”的方法,而另一类则是“拉出来”的方法。前者是人为地向等离子体内部送入各种探针,如静电探针、微波探针、粒子探针等,即接触法。后者是根据从等离子体中辐射出来的各种电磁波及发射出来的各种粒子来推断出等离子体内部的状况,如发射光谱法、激光诱导荧光光谱法,即非接触诊断法。其特点是不对等离子体产生扰动,但受辐射源和接收源的限制,只适用于对小范围、或非均匀等离子体的精确测量。表征等离子体的参量很多,因此等离子体的诊断方法也应不拘一格。凡是能准确测量出等离子体参数的方法,都可以作为等离子体的诊断方法。而准确进行等离子体诊断取决于两大因素:一是测量准确度(灵敏度);二是测量系统不对等离子体产生扰动。
参考文献
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等离子体放电高效灭蓝藻 篇10
近日中科院合肥物质研究院传出消息, 该院技术生物所黄青研究员带领的团队, 在利用等离子体技术处理水体有害微生物时, 发现等离子体放电可高效杀灭蓝藻细胞并降解毒素。业内专家评价, 这一研究结果对有效处置水体污染、甚至是破解蓝藻治理难题提供了重要的实验基础和理论依据。
近年来蓝藻水华现象频发, 不仅严重影响水体景观和水体功能, 而且蓝藻细胞死亡后释放的微囊藻毒素直接威胁饮用水安全和人类健康。在国家自然科学青年基金、科技部“973”项目和中科院“百人计划”项目资助下, 黄青团队致力于探索杀灭蓝藻细胞和降解蓝藻毒素的新方法新技术。他们研究发现, 等离子体放电是得到低能带电粒子的一种重要方式, 其放电过程产生带正电的离子和负电的电子, 能量可达上千电子伏特, 它们与水分子碰撞可以产生活性氧和自由基等, 并且伴有紫外线, 能氧化降解水中的多种有毒有害物质, 是一种高级氧化水处理技术。
专家介绍, 水处理研究一般只考虑杀灭蓝藻细胞或者去除蓝藻毒素, 而这项成果在于杀灭蓝藻细胞的同时又能把降解去除掉藻细胞释放的毒素。同时, 研究阐明了其中的物理化学过程, 这为蓝藻水华的有效处置提供了理论参考, 也为水体其他污染物的处理带来了新的思路和借鉴。
等离子体论文 篇11
【关键词】过氧化氢等离子体；灭菌；影响因素
【中图分类号】R187 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2013）05-0725-02
随着医学技术迅速发展，利用生物光学、橡胶、光纤等材料的医学先进器械和物品不断出现。这些材料昂贵又精密，既不能高温高压，也不能简单的用紫外线或其它化学方法灭菌。过氧化氢等离子灭菌技术开辟了低温灭菌的新领域，具有快速、安全、环保、无毒的优点，越来越广泛被具有一定规模的医疗机构应用于临床。
1 一般资料
2010—2012年用强生STERRAD100S灭菌器对手术器械进行的624锅次等离子灭菌过程。灭菌624锅次，其中有603锅次顺利完成，另21锅次经排除问题后重新灭菌，器械灭菌监测合格。
2 讨论
2.1 適应范围：所有不耐高温高湿的器械，主要有妇科、外科、五官科、眼科、泌尿等腔镜器械，如关节镜、腹腔镜、输尿管镜、电切镜、电钻、电凝线等。
2.2清洗：过氧化氢等离子灭菌技术是靠过氧化氢弥散到器械的各个部位达到灭菌，因此彻底有效的清洗是保证灭菌质量的重要环节。由于低温器械材料特殊，结构复杂不易清洗，所以清洗时要置于酶清洗剂中浸泡，流动水下反复下冲洗，并备有专业工具。
3 包装
3.1清洗后要保证器械表面、管腔内绝对清洁、干燥。如用手工清洗要备有高压气枪、烘干机等设备，以除去管腔及缝隙内所有水分。用手触摸器械外包装袋有冰凉感既是潮湿器械。对于之前一直化学浸泡和甲醛熏蒸的器械，使用之前要检查器械的性能及外观是否良好，如有破损不可继续灭菌。
3.2无菌物品必须选用专用的包装材料和容器进行包装，不能裸消。因为过氧化氢是一种强氧化剂，与某些材料会引起化学反应，从而导致过氧化氢的变质，因此必须采用与过氧化氢灭菌器相容的包装材料。
3.3能拆卸的部件尽量拆开，管芯不能套进管腔，器械外面尽量不要套保护套，根据器械的大小选择合适的器械盒，以确保过氧化氢离子能弥散到器械表面。
3.4对于小件物品、特殊的器械、使用率小的器械可采用无菌袋包装封口，能减少器械的损耗，提高使用寿命。
4 装载
4.1使用禁忌装载：布、纸、油、粉、木类等禁忌使用，如棉球、 医用丝线、滑石粉、压舌板、石蜡油、纸类标签等。
4.2物品不用超过装载的80%，超过装载量也会导致灭菌失败。物品之间应有一定间隙，保持无菌物品顶端到锅舱的上端最少8cm空间，利于消毒因子的穿透。
4.3包好的物品放入灭菌舱的金属架上，物品可以混合放置，器械盒平放不可叠层放置。避免舱内物品拥挤，尽量避免管道类物品堆积摆放。需灭菌物品不可接触到灭菌舱的外层舱壁、舱门。
4.4外包装如选择单封灭菌袋，安排灭菌袋的透明面面向同一面。不锈钢管腔器械要求管径1㎜长度不超过125㎜，管径2㎜长度不超过250㎜， 管径3㎜长度不超过400㎜。可弯曲内镜：内径1㎜以内不能灭菌，内径1-5㎜以内长度500㎜不需要灭菌增强剂。
5 操作维修
5.1注意日常的清洁、保养，特别是注射针孔，防止针孔结晶堵塞。所有操作严格按照操作手册规范进行，每半年要专业维修人员对灭菌器清洁、维修保养，以保证机器正常运转。
5.2操作前应检查有无卡匣，有无遗漏的待灭菌物品，以避免人为取消操作程序。
5.3如果干燥不彻底，灭菌失败，应在6次真空期取消，取出物品重新干燥，更换包装和指示卡、指示胶布，重新启动灭菌程序，全部监测合格发放。
5.4过氧化氢灭菌试剂应轻拿轻放，严禁倒置，以防爆炸。中途程序取消、添加过氧化氢灭菌试剂、灭菌后取出无菌物品时要佩戴乳胶手套，空瓶应置于黄色塑料袋内密闭封存。如果接触到皮肤要大量流动水反复冲洗5分钟以上。
5.5如需重新启动至少关机5分钟后再开机。
6 监测
6.1工艺监测：要检查待灭菌物品的各种参数、灭菌包的大小、包装是否严密，以及装载量是否合适。
6.2化学监测：要有过氧化氢等离子灭菌专用的包内、包外化学指示物。
6.3生物监测：将生物化学剂放置于舱内最远端下层物品架的左下角或右下角，这是舱内最难达到的地方。灭菌结束后要检查包内外化学指示物变色情况，同时将生物指示剂放在恒温生物培养箱内24小时，观察结果，合格后方能发放。
7 结论
过氧化氢等离子灭菌技术解决了不耐高温、高压的医疗器械的灭菌问题，灭菌试剂分解后对环境无污染，安全、环保，对器械损伤小。因此，在操作中保持器械干燥、清洁，正确包装和装载，严格按照灭菌器的操作程序进行操作，不断改进工作经验，减少无菌循环取消率，才能保证灭菌效果，对供应中心的发展有积极的意义。
参考文献：
浅析等离子体种子处理技术 篇12
1 基本原理
等离子体不是一种特殊物质, 它只是物体存在的一种状态, 宇宙中99%的物质是等离子体, 物体温度升高使其内部分子热运动加快, 分子的距离拉大, 引力下降, 改变了物体的状态。对固体加热温度升高会变为液体, 液体加热会变为气体。如果对气体再加热, 当温度达到一定程度, 分子热运动进一步加剧, 原子的核外电子具有相当大的动能, 核外电子摆脱原子核的束缚成为自由的电子。失去电子的原子成为带电的离子, 它与自由电子所带的负电的电量相等, 所以叫做等离子体。这一过程只改变物体的状态和存在方式, 并没有改变物质的化学成分。等离子体可以发光、产生电磁场等物理能量, 是物质存在的第四种状态。
等离子体科学已广泛应用在净化水、金属镀膜、焊接、彩电、军事、电子等方面, 原子弹、氢弹、受控核聚变是等离子体研究的重点。等离子体种子处理技术, 是仿照空间的部分等离子体环境、高压电弧等离子体和交变电磁场装置将超短紫外光源和具有空间交变梯度的电场和交变磁场集合于一体, 种子及相关物质同时处于变速运动状态, 在机器内部形成光、电、磁、活性粒子、臭氧及变速运动的空间, 种子在自由落体处理过程中接受不同能量的光辐射、电磁辐射、电磁场的激励及带电粒子轰击, 短时间内低强度、微剂量各种物理能量综合作用于种子, 种子的生命力被激活, 细胞膜透性增强, 离子交换能力提高, 酶的转化加快, 可溶性糖、可溶性蛋白增加, 杀死病菌, 使其增产 (见图1) 。
2 等离子体种子处理机的构造
一种典型的等离子体种子处理机由箱体、交变电磁场发生系统、控制台等组成。如DL-2型等离子体种子处理机, 高1.45 m, 流量1 000 kg/h, 重量58 kg。等离子体种子处理机在内部的等离子体耀室内安装了等离子体发生器, 通电后产生等离子体。耀室的下部安装了由多组电感组成的交变电感作用室。耀室中的等离子体发生器发出能量, 激发种子内部各种物质的活性, 同时发出的能量能击开空气中的氧气分子并重新组合成臭氧。
3 等离子体种子处理技术在农业生产中的应用
种子表面的细菌在等离子体能量刺激和臭氧的强氧化下被杀死。由于等离子体发出的能量较低, 作用时间很短, 种子没有发生变异, 农作物性状没有变化。
据国内相关厂家、学术论文以及用该项技术处理过种子的农机农业人员介绍:种子经等离子体激活能产生多种生物学效应, 经等离子体种子处理机处理可以提高种子的活力、健壮度、抗逆性、抗病害能力等, 缩短种子个体之间的差异, 加强种子及作物后续生长的内在潜力, 从而提高农作物的产量和品质。该设备为农业增产提供了一条新途径。
3.1 提高种子活力
经等离子处理后, 种子发芽势和发芽率有较大幅度提高, 发芽势提高幅度尤为显著, 一般较常规提高10～30个百分点, 发芽率提高7.7～20个百分点;对发芽率显著降低的陈旧种子, 激活作用尤为明显。促进种子萌发, 大田出苗提早1～5天, 并且苗齐、苗壮。实验证明等离子体对双子叶作物比单子叶作物的效应更为明显, 对茄科作物效用更突出, 经等离子处理后蔬菜、烟草育秧可提早一星期出圃, 成品苗率提高10个万分点。
3.2 提高作物抗逆性并对种子消毒
种子抗旱萌发力及作物幼苗抗旱性均明显提高;在水分胁迫下, 小麦发芽势、发芽率分别提高35.7和21.0个百分点, 干旱严重情况下, 旱地小麦可增产40%以上。
3.3 促进作物生长
等离子体对小麦苗期生长有明显促进作用, 最佳处理与常规相比, 次生根增加了6.9条, 分蘖增加了2.1个。后期小麦成穗率增加10%。
3.4 提高作物产量
小麦增产8%～18%, 大豆14%～40%, 蔬菜增产15%～40%, 西红柿最高可增产80%。试验作物10类、17个品种, 有增产效果的14个, 占试验作物82.4%, 其中产量结果经方差分析达显著或极显著水平的有8个, 占47%。
3.5 改善品质
小麦蛋白质含量提高1.8个百分点, 蔬菜产品提高商品等级, 如西葫芦一级瓜率由60%提高到70%。水稻品质有所改善, 口味性等检测指标都有明显提高。