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)了一個世紀以上，但只有這一領(lǐng)域和受控熱核聚變研究相結(jié)合，才得到迅速發(fā)展。在受控熱核聚變研究的早期階段，就已發(fā)現(xiàn)并研究了單極弧、氣體循環(huán)等現(xiàn)象。但當時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70年代，由于受控熱核聚變、特別是托卡馬克的進展，逐漸認識到雜質(zhì)問題的重要性，對這一課題投入越來越多的工作，發(fā)展成為受控熱核聚變研究的一個分支。因此，作為一個研究領(lǐng)域，等離子體和表面的相互作用主要指受控熱核聚變裝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、原子物理、分子物理等學科都存在密切的關(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)電機的器壁和電極，以及當運載火箭通過大氣層時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)生在受控熱核聚變的實驗裝置，以及未來的聚變反應堆的反應室的第一壁（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。但在反應室的中心存在著幾百萬度以至于幾千萬度、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產(chǎn)物。這些粒子和輻射到達固體表面，產(chǎn)生各種形式的作用。

  在受控熱核聚變實驗裝置和聚變堆中，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的雜質(zhì)離開表面，進入等離子體，造成污染。這不但降低了反應粒子的濃度，而且冷卻了等離子體，使反應速率降低，甚至停止。

  其次，這一相互作用對反應室的器壁造成損傷，縮短其使用壽命。因此，必須對這種相互作用過程進行研究和控制。

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