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等離子是什麽?

等離子體的性質

等離子態常被稱為“超氣態”,它和氣體有很多相似之處,比如:沒有確定形狀和體積,具有流動性,但等離子也有很多獨特的性質。

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電離

等離子體和普通氣體的最大區別是它是壹種電離氣體。由於存在帶負電的自由電子和帶正電的離子,有很高的電導率,和電磁場的耦合作用也極強:帶電粒子可以同電場耦合,帶電粒子流可以和磁場耦合。描述等離子體要用到電動力學,並因此發展起來壹門叫做磁流體動力學的理論。

組成粒子

和壹般氣體不同的是,等離子體包含兩到三種不同組成粒子:自由電子,帶正電的離子和未電離的原子。這使得我們針對不同的組分定義不同的溫度:電子溫度和離子溫度。輕度電離的等離子體,離子溫度壹般遠低於電子溫度,稱之為“低溫等離子體”。高度電離的等離子體,離子溫度和電子溫度都很高,稱為“高溫等離子體”。

相比於壹般氣體,等離子體組成粒子間的相互作用也大很多。

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速率分布

壹般氣體的速率分布滿足麥克斯韋分布,但等離子體由於與電場的耦合,可能偏離麥克斯韋分布。

物質第四態-等離子體(plasma)

所謂等離子體就是被激發電離氣體,達到壹定的電離度(>10-x),氣體處於導電狀態,這種狀態的電離氣體就表現出集體行為,即電離氣體中每壹帶電粒子的運動都會影響到其周圍帶電粒子,同時也受到其他帶電粒子的約束。由於電離氣體整體行為表現出電中性,也就是電離氣體內正負電荷數相等,稱這種氣體狀態為等離子體態。由於它的獨特行為與固態、液態、氣態都截然不同,故稱之為物質第四態。

等離子體的研究是探索並揭示物質“第四態”―等離子體狀態下的性質特點和運行規律的壹門學科。等離子體的研究主要分成高溫和低溫等離子體兩大方面。

高溫等離子體中的粒子溫度高達上千萬以至上億度,是為了使粒子有足夠的能量相碰撞,達到核聚變反應。低溫等離子體中的粒子溫度也達上千乃至數萬度,可使分子、原子離解、 電離、化合等。可見低溫等離子體溫度並不低,所謂低溫,僅是相對高溫等離子體的高溫而言。高溫等離子體主要應用於能源領域的可控核聚變,低溫等離子體則是應用於科學技術和工業的許多領域。高溫等離子體的研究已有半個世紀的歷程,現正接近聚變點火的目標;而低溫等離子體的研究與應用,只是在近年來才顯示出強大的生命力,並正處於蓬勃的發展時期。