前苏联是世界上对磁流体发电研究投入最多的实验装置的国家。中国在二十世纪六十年代初期开始研究磁流体发电，先后在北京、上海等地建成试验基地。将它作为“863”计划中能源领域的两个研究主题之一。

等离子体发电也受到高温环境、空气导电率低、电极易腐蚀等限制，但随着技术水平的提高，问题逐步得到解决。等离子体发电技术对比传统火力发电技术，在发电效率、燃煤利用率、污染物排放等方面都有显著提高。同时太阳能等离子体发电也继承部分优点，与新型能源结合，在降低污染和减少化石燃料的使用方面有一定裨益 。

利用等离子体发电，首先要获得足够电离空气等的高温。太阳能电池板通过光生伏特效应获得的直流电压，在大阵列的太阳能电池板条件下，获得足够的电能并储蓄在蓄电池组中。利用太阳能电池板获得是直流电压，其电压只有大小区分，不具有方向性，不能产生涡流效应。在高频逆变器的作用下，可将低压直流电逆变成高压交流电，并通过调节逆变器件，获得所需的电压平均值和频率，对于涡流熔炉而言，该平均值和频率要求较高。涡轮熔炉在高频交流电压通过涡流效应，可产生足够温度和热量来为电离提供能量。

气体在常温下通常绝缘，只有在高温下，才能电离和有较大的导电率。通常的做法是在高温燃烧的气体中添加一定量的且容易电离的物质，如钾、钠等碱金属化合物，以此引导等离子体的产生。气体在高达10-4K的温度下电离，体系中会出现多种组分，如氩气电离，体系中会出现电子、氩离子、氩分子等。产生的等离子体经高速喷射器打入发电通道后，通道相对应侧放置N极和S极磁体，在磁场的作用下，带不同极性的等离子体均受到垂直于运动方向但方向相向的洛伦兹力的作用，运动轨迹产生偏转，正负离子朝不同方向运动，从而带同种电荷的离子落到同一极板上，从而产生电势差。

随着产业结构优化和现代化进程加速，节约资源和保护环境不仅是可持续发展的重要保障，更是一项基本国策。“节能减排，绿色能源”的观念日益深入人心。利用太阳能发电是解决当前能源危机、资源和环境等问题的有效途径和方法 。

太阳能等离子体发电装置主要分为等离子体的产生和利用等离子体发电两部分。等离子体的产生涉及到光生伏特效应、高频逆变技术、涡流效应以及高温下的电离；利用等离子体发电则涉及到霍尔效应、洛伦兹力等。

1.等离子体的产生

（1）高频逆变。逆变是一种将直流电变为交流电的技术。高频逆

变通常现将低压直流电通过高频振荡变为低压高频交流电，在变压

器的作用下，变为高压高频交流电。此时的高压高频交流电含纹波

等不稳定因素，通常在需要通过滤波的整流变为幅值比较稳定的符

合要求的交流电。

（2）高温电离。在高温气体中加入容易电离的钾盐或钠盐，这些物质中的原子和电子在获得能量后运动剧烈，物质中的电子甚至可脱离原子核的引力束缚，最终变成自由电子及失去电子的离子等的混合物，产生等离子体。

2.利用等离子发电

（1）霍尔效应。当一电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于电流和磁场方向导体的两侧会产生一电势差，这种现象称为霍尔效应，而所产生的电势差也被称为霍尔电压。

（2）洛伦兹力。运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力，因其始终与运动电荷速度方向垂直而对运动电荷永远不做功。

等离子体发电装置在继承传统的等离子体发电的基础上改变原有的等离子体的产生，通过太阳能为等离子体的产生提供清洁能源，代替以燃烧化石燃料获得等离子体的传统等离子体发电的做法，是该装置的主要思想。在此设想的基础上，我们也可以寻找有别于传统做法的清洁、节能做法，获得更多合理的设计方案。虽然太阳能以及等离子体的转换效率不一定有预计的理想，但通过该设计，能降低有害物排放，减少对环境的破坏，提高对新型能源的利用。太阳能等离子体发电由热能直接转换成电流，无需经机械转换，所以称之为直接发电。且理论上只要提高离子体喷射的速度和磁场的强度，从而能获得较高电压，可实现具有工业应用价值的等离子体发电，满足一些需要大功率电力的场合 。2100433B

看似“神秘”的等离子体，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在等离子体，它占了整个宇宙的99%。21世纪人们已经掌握和利用电场和磁场产生来控制等离子体。最常见的等离子体是高温电离气体，如电弧、霓虹灯和日光灯中的发光气体，又如闪电、极光等。金属中的电子气和半导体中的载流子以及电解质溶液也可以看作是等离子体。在地球上，等离子体物质远比固体、液体、气体物质少。在宇宙中，等离子体是物质存在的主要形式，占宇宙中物质总量的99%以上，如恒星(包括太阳)、星际物质以及地球周围的电离层等，都是等离子体。为了研究等离子体的产生和性质以阐明自然界等离子体的运动规律并利用它为人类服务，在天体物理、空间物理、特别是核聚变研究的推动下，近三、四十年来形成了磁流体力学和等离子体动力学。

等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。等离子体温度分别用电子温度和离子温度表示，两者相等称为高温等离子体；不相等则称低温等离子体。低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑芯片中的蚀刻运用，让网络时代成为现实。

高温等离子体只有在温度足够高时发生的。恒星不断地发出这种等离子体，组成了宇宙的99%。低温等离子体是在常温下发生的等离子体（虽然电子的温度很高）。低温等离子体可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。

等离子体（Plasma）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“等离子体”（plasma）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。严格来说，等离子体是具有高位能动能的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。

等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。其实，人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。

普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离。电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等。这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。

等离子体和普通气体性质不同，普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述。在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场。电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等。等离子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的第四态。

在宇宙中，等离子体是物质最主要的正常状态。宇宙研究、宇宙开发、以及卫星、宇航、 能源等新技术将随着等离子体的研究而进入新时代。

等离子体态称为物质的第四态，其性质与固体、液体和气体大不相同，以其特有的方式与自身、电磁场和周围环境相互作用。例如氘(重氢)在气体放电管中形成的等离子体，在磁场作用下能脱离管壁，并有可能达到产生聚变的高温，是研究受控热反应的重要途径。等离子体还有许多其它技术应用，例如磁流体发电、飞船的等离子体推进、同位素分离、无线电通讯、等离子体化学、气体激光以及各种气体放电、等离子体喷涂、焊接、切割等。 2100433B