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撩一撩等离子体

已有 2419 次阅读 2020-9-22 10:13 |个人分类:小科普|系统分类:教学心得| 第四态, 等离子体, 核聚变

  等离子体一词被大众知晓,大约始于20年前问世的等离子体电视机(PDP),只是现今PDP几乎销声匿迹,虽然等离子体电视机比液晶电视机具有更多的优点。不过,也许将来PDP又会东山再起,卷土重来。

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等离子体究为何物:等离子体不是一种新发现的物体,而是指物质的一种状态,也就是和固态、液态、气态相并列的一种状态,亦称物质的第四态,例如,给以不同的条件,水将呈现固态水(冰)、液态水、气态水(水蒸气)和等离子体水等四种状态。等离子体物质的特点是其充分电离、而总体又保持无电的中性状态。所以,把等离子体理解为“电离态”似乎更为直观。

   同一物质的四态的重要区别是:等离子体的温度最高,气态次之,液态再次之,固态温度最低。因此,要获得某个物质的等离子体,必须对其施加更高的能量。在地球温和的自然条件下,如果不对物体施加足够的能量,则等离子体不能存在。

超过一定温度的物体都会发射可见光。所以,等离子体大都发射自身固有颜色的可见光谱。常见的氖气霓虹灯在通电工作时,管内氖气吸收电力能量,形成氖等离子体,发出绚丽的红光。如果切断电源,则氖气等离子体立刻退回常规的气态,不再发光了。

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对等离子体之名吐个槽:早在100年前,物质等离子体态即已被发现,直译为电浆体。但何时开始使用等离子体一词,尚不可考。

坦率地说,“等离子体”大名取得不够科学,容易误导。不妥有五:

1、用四字命名一个物质状态,实属冗长,以致人们通常更习惯地简称为等离子、等体。

2、等离子体既为状态,则不宜用“体”字来命名。“等离子体”容易让人联想到一种新的、纯离子性的物质。实际上,等离子体中,离子和电子二者等量并存,且电子更为活跃。

3、等离子体作为第四态,其名没有固态、液态、气态等名称之简洁明了,而且很难与固态、液态、气态产生关联。 

4、等离子体的“等”字让人难以理解。“等”是相等、等待,还是未尽的省略?“相等的离子”并不是等离子体的特点。

5、“等离子体”最后二字均为第三声,根据普通话发音规则,“子”字需要变调,因此读起来不够顺口,此为取名所忌。

当然,对于科学概念并不能顾名思义,但若称之电离态,或离态,则简洁直观,似无不可。

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等离子体最重大的应用:虽然地球上等离子体难以存在,但在浩瀚的宇宙物质中,等离子体占99%以上,因为所有的恒星都是等离子体。比如太阳就是等离子体,太阳质量占太阳系所有质量的99%以上。所以,等离子体是研究宇宙、太空的重要内容。

但凡一项技术的局部使用了等离子体,那么,开发者更乐意将其归属于等离子体应用,甚至直接用等离子体为之冠名。如等离子体电视机,只是其中的发光系统使用了惰性气体等离子体(发光特性),其余的硬件系统与普通电视机并无二致。

照此划分,等离子体的应用非常广泛,如等离子体芯片工艺、等离子体消毒杀菌、等离子体诱变育种、等离子体化学、等离子体镀膜、等离子体焊接,等等不一而足。等离子体似乎成为高新技术的亮点标志。 

等离子体最重大的应用,当属可控性的核聚变研究,其目的是获取几乎无限的、洁净的能源。将氢气或氦气变成等离子体是实现核聚变的首要条件。安全可控的核聚变装置俗称“人造太阳”,这个威武的名字并未言过其实,因为太阳源源不断的能量正是源于核聚变。现已建成的核电站均采用核裂变技术。核裂变和核聚变只有一字之差,技术上却有天壤之别。实现核裂变较为容易,但原材料有限、存在核废污染;实现安全可控的核聚变极其困难,但原材料丰富,取之于海水,不产生核废污染。如果在地球上实现安全可控核聚变,人类将彻底解决能源危机。

核聚变历经70余年的研究,至今尚未变成现实,主要原因是,目前未能制造出极高温度、极高密度、足够持续时间的超高能等离子体,致使核聚变不能启动点燃。并且,长期安全地储放如此极端状态的等离子体火球也是难点所在。所以,臣妾实在做不到啊!但研究工作始终在进步。欣喜的是,我国核聚变研究处于世界领先水平。


 




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