等離子體

等離子體

等離子體（Plasma）是物質除固態、液態和氣態之外的第四種狀態，又稱「電漿」。當氣體被加熱到極高溫度或受到強電場作用時，氣體分子會發生電離，產生由自由電子、正離子和中性粒子組成的混合體，這種狀態即為等離子體。

• 1879年：英國物理學家威廉·克魯克斯在研究氣體放電現象時首次發現並描述這種特殊物質狀態

• 1928年：美國科學家歐文·朗繆爾正式提出「Plasma」（等離子體）這一術語

• 20世紀中葉：隨著核聚變研究和空間物理學的發展，等離子體物理學逐漸形成獨立學科

1. 電中性：雖然含有帶電粒子，但整體保持電中性

2. 集體行為：帶電粒子間的庫侖力作用導致集體運動

3. 導電性：自由電子使等離子體具有良好導電性

4. 磁場約束：可被電磁場控制和約束

5. 不穩定性：容易出現各種不穩定現象和湍流

按溫度分類

• 高溫等離子體：溫度可達數百萬度（如恆星內部、核聚變實驗裝置）

• 低溫等離子體：溫度在室溫至數萬度之間（如霓虹燈、等離子電視）

按電離度分類

• 完全電離等離子體：幾乎所有原子都被電離（如太陽日冕）

• 部分電離等離子體：只有部分原子被電離（如地球電離層）

按密度分類

• 高密度等離子體（如雷射產生的等離子體）

• 低密度等離子體（如星際介質）

1. 氣體放電法：通過電場使氣體電離

2. 熱電離法：高溫加熱使氣體電離

3. 輻射電離法：利用高能輻射（如X射線、紫外線）照射氣體

4. 衝擊波法：通過強衝擊波壓縮和加熱氣體

工業應用

• 等離子切割和焊接

• 等離子顯示器

• 等離子體刻蝕（半導體製造）

• 等離子表面處理

能源領域

• 受控核聚變研究（如托卡馬克裝置）

• 等離子體發電（MHD發電）

航空航天

• 等離子體隱身技術

• 等離子體推進器

• 再入大層時的熱防護

醫療領域

• 等離子體滅菌消毒

• 等離子體手術刀

• 癌症治療研究

科研領域

• 天體物理研究（如恆星、星雲研究）

• 實驗室天體物理

• 基本粒子研究

• 太陽和其他恆星內部

• 日冕和太陽風

• 地球的電離層

• 極光現象

• 閃電

• 星際介質和星雲

1. 實驗研究：使用各種等離子體診斷技術（如朗繆爾探針、光譜分析）

2. 理論研究：建立等離子體物理模型（如磁流體力學方程）

3. 數值模擬：通過超級計算機進行等離子體行為模擬

• 可控核聚變能源的實現

• 新型等離子體推進系統

• 等離子體材料合成

• 等離子體環境治理技術

• 等離子體生物醫學應用

• 等離子體物理學

• 電漿化學

• 磁流體力學

• 空間物理學

• 天體物理學

• 核聚變工程

等離子體作為物質的特殊狀態，在科學研究和技術應用中都佔有重要地位，被認為是未來能源和先進技術的關鍵領域之一。