基本介紹
- 中文名：電漿和表面的作用
- 外文名：interaction of plasma with surface
- 別稱：電漿和表面的相互作用
- 套用學科：電漿物理學
- 適用領域範圍：電漿物理、表面物理、原子物理
低溫粒子類型,吸附和捕獲,濺射,二次電子發射,材料表面化學反應,聚變中相互作用,具體解釋,總結,
低溫粒子類型
吸附和捕獲
入射到材料表面的離子會附著在材料表面上，這種現象稱為吸附現象。如果入射離子具有一定的動能，離子不僅被材料表面吸附，還會深入到材料內部，這兩個效應統稱為捕獲。在入射到材料表面的離子中，未被材料捕獲而反射回電漿中的離子稱為反射離子。
濺射
入射到材料表面上的離子具有足夠大的能量（大於10—30電子伏）時，通過離子與材料表面原子的動量交換，材料物質從表面彈射出來，這種現象稱為濺射。濺射出來的物質大多呈原子狀態，也可能是原子團，常稱為濺射原子。來自電漿的中性氣體原子、分子、電子也能產生濺射，但它們的動量都非常小，產生的濺射也較小，可略而不計。輝光放電中的濺射是一個非常重要的過程，常可導致有利結果，也可能產生有害影響。
二次電子發射
材料表面受到粒子的轟擊後，表面會發射出電子，稱為二次電子。電子、離子、中性原子、分子以及光都可引起二次電子發射。直流輝光放電大都是由從電極、放電容器壁發射的二次電子維持的。二次電子發射不僅對成膜過程，對於電漿的發生過程也是重要的。
材料表面化學反應
材料表面上的化學反應。包括化學吸附、離解和化學濺射。化學吸附指的是氣體分子與固體材料表面發生化學反應後吸附在表面上。氣體分子和固體表面的結合力是化學結合。物理吸附是氣體分子和固體表面以范德瓦耳斯力結合的，強度小於化學結合強度。對於化學吸附，當固體表面暴露在電漿中時，吸附分子會被來自電漿中的電子和離子轟擊而引起離解。離子轟擊固體表面和固體反應之後，固體與離子的化合物會從固體表面飛出，這種現象稱為化學濺射。化學濺射是由固體表面的化學反應引起的。
聚變中相互作用
聚變裝置和聚變堆中產生的高溫電漿與材料表面的相互作用。除以上幾種外，還有在器壁表面上起弧（稱為單極弧）的現象和器壁上起泡的現象。當離子注入器壁中某處後，如果離子不能很快擴散開來，則在此處的離子劑量越積越多，劑量積累到一定程度後就在表面上形成氣泡，並逐漸長大，最後破裂，表現出起皮、形成洞或海綿狀的結構。氦離子（α粒子）在固體內的擴散率很小，因而它可能使器壁表面起泡。
具體解釋
低溫電漿和表面的相互作用主要發生在電漿切割、焊接、冶煉和表面處理，磁流體發電機的器壁 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電漿和外殼之間等。這種電漿的溫度約為10—10K，密度較高，壓強接近一個大氣壓。
高溫電漿和表面的相互作用主要發生在受控熱核聚變的實驗裝置，以及聚變反應堆的反應室的第一 壁（即電漿直接照射的固體壁）、偏濾器、孔闌以及磁鏡裝置的能量直接轉換器表面。在這些表面附近，也存在著溫度比較低的電漿，即邊界層。但在反應室的中心存在著幾百萬度以至於幾千萬度、幾億度以上的高溫電漿，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粒子等這樣的熱核反應產物。這些粒子和輻射到達固體表面，產生各種形式的作用。
在受控熱核聚變實驗裝置和聚變堆中，這種電漿和表面的相互作用產生兩方面的影響。首先，這一相互作用使大量不能參加核反應的雜質離開表面，進入電漿，造成污染。這不但降低了反應粒子的濃度，而且冷卻了電漿，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控制。
