等離子體（plasma，源自古希臘語πλ?σμα（plásma）“可塑物質(zhì)”），是區(qū)別于固體、液體、氣體的另一種物質(zhì)聚集態(tài)，被稱為物質(zhì)的第四態(tài)，是物質(zhì)存在的基本形態(tài)之一。等離子體是宇宙中普通物質(zhì)形式，其特征是存在大量帶電粒子，可以是離子或電子的任意組合，主要與恒星有關(guān)，是重子物質(zhì)最常見的形態(tài)，其中大部分存在于稀薄的星系空間（特別是星系團(tuán)內(nèi)介質(zhì)）和恒星之中。地球大氣離地表300千米的電離層也是處于帶電粒子態(tài)。此外，等離子體可以人工產(chǎn)生，例如，通過加熱中性氣體或?qū)⑵渲糜趶?qiáng)電磁場中。
等離子體正負(fù)電荷密度幾乎相等，故從整體看呈現(xiàn)電中性。帶電粒子的存在使等離子體具有導(dǎo)電性，單個粒子的動力學(xué)和宏觀等離子體運(yùn)動受集體電磁場控制，并且對外部施加的場非常敏感。等離子體對電磁場的響應(yīng)被應(yīng)用于許多現(xiàn)代設(shè)備和技術(shù)，例如等離子體電視或等離子體蝕刻。
等離子分類方法眾多，部分電離等離子是指部分電子和原子電離成電子和離子，其他為中性分子或原子的等離子體。等離子體在日常生活中隨處可見，例如霓虹燈、電弧等。與其他三種物質(zhì)狀態(tài)之間的相變不同，等離子體的轉(zhuǎn)變沒有很好的定義，而是一個解釋和背景的問題。
相關(guān)定義
物質(zhì)的第四態(tài)
物質(zhì)的第四態(tài)是區(qū)別于氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的另一種物質(zhì)聚集態(tài)，簡單的說，就是完全電離或部分電離的物質(zhì)聚集態(tài)。當(dāng)物質(zhì)處于不同的溫度范圍或粒子處于不同的能量范圍時(shí)，呈現(xiàn)出不同的聚集態(tài)，即物質(zhì)的聚集態(tài)有賴于粒子的平均動能。物質(zhì)從能量較低的聚集態(tài)轉(zhuǎn)化為能量較高的聚集態(tài)需要外界供給能量，從固態(tài)到液態(tài)、從液態(tài)到氣態(tài)均是如此。氣體進(jìn)一步從外界吸收足夠的能量使分子離解為原子，原子中的電子獲得足夠的能量脫離原子，氣體被電離，被電離的氣體中含有大量的電子、離子以及部分中性粒子(原子或分子)，其中電子和離子的電荷數(shù)差不多相等，因此宏觀上或平均意義上它是電中性的。
理想等離子體
理想等離子體有三個性質(zhì)。
一是等離子體近似，當(dāng)代表德拜球內(nèi)電荷載流子數(shù)量的等離子體參數(shù)遠(yuǎn)高于1時(shí)，等離子體近似適用。該標(biāo)準(zhǔn)等效于等離子體靜電能量密度與熱能量密度之比較小,這種等離子體稱為弱耦合。
二是德拜長度，德拜長度比等離子體的物理尺寸小得多，該標(biāo)準(zhǔn)意味著等離子體主體中的相互作用比其邊緣處的相互作用更重要，邊緣處可能發(fā)生邊界效應(yīng)。當(dāng)滿足這個標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，等離子體是準(zhǔn)中性的。
三是無碰撞性，電子等離子體頻率遠(yuǎn)大于電子中性碰撞頻率。當(dāng)這種條件成立時(shí)，靜電相互作用在普通空氣動力學(xué)過程中占主導(dǎo)地位，這種等離子體稱為無碰撞等離子體。
非中性等離子體
非中性等離子體指的是僅由一種物質(zhì)組成離子云，當(dāng)離子庫侖能遠(yuǎn)大于熱運(yùn)動能時(shí)，非中性等離子體表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)。非中性等離子體也可以由同號電荷的粒子組成，這種粒子可以是電子或正電子，也可以是離子或者反質(zhì)子。
塵埃等離子體
塵埃等離子體是指包含了大量的彌散固態(tài)顆粒的部分或全部電離的氣體，即由電子、離子和中性原子組成的等離子體以及“浸”在其中的塵埃顆粒組成的體系。與通常的等離子體相比，塵埃等離子體是在等離子體中多了一種帶電成分。雖然塵埃顆粒相對于通常等離子體中的電子和離子具有較大的體積、質(zhì)量和帶電量，但卻具有較小的荷質(zhì)比。因此，它們與等離子體中電子、離子的相互作用過程非常復(fù)雜，另外整個系統(tǒng)與外界的相互作用也將非常復(fù)雜，因此塵埃等離子體又常被稱為復(fù)雜等離子體。
簡史
早在1879年，英國物理學(xué)家威廉·克魯克斯（William Crookes）研究了真空放電管中的放電過程之后，提出了物質(zhì)的第四態(tài)存在。1887年，約翰·西利·愛德華·湯森爵士（John Sealy Edward Townsend）對不同稀薄氣體、不同材料電極制成的陰極射線管施加電場和磁場，精確地測定構(gòu)成陰極射線的粒子有同一荷質(zhì)比，從而為電子提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，由此揭開了粒子物理學(xué)的序幕。1918年到1930年，等離子科學(xué)取得了一些最基本的成就，如邁克爾·法拉第（Michael Faraday）觀察了氣體輝光放電的過程。1932年的諾貝爾化學(xué)獎歐文·朗繆爾（Irving Langmuir）在1928年首次采用“Plasma”這個詞(中譯為等離子體)來定義包含電子、離子、中性原子和分子具有一定電離度，宏觀呈電中性的氣體狀態(tài)。朗繆爾（Irving Langmuir）的研究開創(chuàng)了物理學(xué)一個新的分支—等離子體物理。
此后的發(fā)展中，在1937年，瑞典物理學(xué)家阿耳文（Alfvén）指出等離子體與磁場的相互作用，在空間和天體物理學(xué)中都有重要的意義。后來，弗里德里希·帕邢（Friedrich Paschen）建立了磁流體力學(xué)(MHD)用來說明太陽作為等離子體表現(xiàn)出的許多現(xiàn)象(如黑子、日珥和耀斑等)。另外，列夫·達(dá)維多維奇·朗道（Lev Davidovich Landau）和阿納托利·弗拉索夫（Anatoly Vlasov）對等離子體物理也作出了貢獻(xiàn)。第二次世界大戰(zhàn)以后，在氫彈實(shí)驗(yàn)成功的啟發(fā)下，許多國家開展了受控?zé)?a href="/hebeideji/7261198139607973947.html">核聚變實(shí)驗(yàn)，以解決人類面臨的能源危機(jī)。在受控核聚變反應(yīng)中，溫度達(dá)到一億攝氏度的高溫才可能實(shí)現(xiàn)得失相當(dāng)?shù)木圩兎磻?yīng)，此狀態(tài)下所有物體都已變成完全電離的等離子體，因此物理學(xué)家為了實(shí)現(xiàn)受控?zé)?a href="/hebeideji/833105164815888282.html">核反應(yīng)，一直研究等離子體的約束和加熱等問題。此外，天體演化和太陽的活動規(guī)律也是等離子體物理的研究內(nèi)容之一。另一方面，低溫等離子體的應(yīng)用更為廣闊。20世紀(jì)40年代開始，磁流體發(fā)電裝置和等離子體焊接技術(shù)的研究，50年代開展的新型氣體放電光源制造，60年代發(fā)明的氣體激光器，以及70年代開展的等離子體鍍膜技術(shù)，都是低溫等離子體的應(yīng)用實(shí)例。
分類
等離子體的分類方法有很多，匯總參見下表。最常見的分類方法是高溫等離子體、低溫等離子體。
性質(zhì)
密度和電離度
等離子體粒子密度表示單位體積中所含粒子數(shù)的多少。組成等離子體的基本成分是電子、離子、中性粒子。通常，以表示電子密度，為離子密度，表示未電離中性粒子。由于等離子體中存在有各種粒子，如果把它的離子密度用表示，那么構(gòu)成的等離子體的狀態(tài)，即稱為電中性條件，稱為等離子體密度。在大多的情況下，所討論的等離子體宏觀上呈電中性，這時(shí)電離度可定義為
沙哈（M。Saha）導(dǎo)出了描述氣體在高溫下因原子分子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生電離的計(jì)算公式
式中：為電離度；為氣體的熱力學(xué)溫度()；為原子的電離能()；為氣壓()；為路德維希·玻爾茲曼常數(shù)。上式說明氣體的電離度與其溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，當(dāng)溫度升高或氣壓降低，則原子的電離程度愈高。因?yàn)樘幱?a href="/hebeideji/1442217484296879190.html">熱平衡狀態(tài)的氣體，其原子或分子的運(yùn)動遵循詹姆斯·麥克斯韋速度分布規(guī)律，速度與氣體溫度的平方根成正比。這種因?yàn)楦邷貧怏w原子、分子的熱運(yùn)動而引起的電離稱為熱電離，該公式又稱熱電離公式。
溫度
按照熱力學(xué)理論，當(dāng)物質(zhì)的狀態(tài)處于熱平衡時(shí)，才能用一個確定的溫度來描述。在熱力學(xué)平衡態(tài)時(shí)，粒子能量服從麥克斯韋分布。單個粒子平均動能與熱平衡溫度的關(guān)系為
式中：為粒子質(zhì)量；為粒子的根均方速度；為路德維希·玻爾茲曼常數(shù)。
熱力學(xué)平衡條件下，電離度與粒子種類、密度和溫度有關(guān)，此外，由粒子密度可以估算帶電粒子間的平均距離。設(shè)單位體積內(nèi)的帶電粒子數(shù)為顯然，則。由此，對一價(jià)電離的體系而言，電子在離子靜電勢場中的平均勢能應(yīng)為，式中：為離子電荷數(shù)；為電子的電荷量。
當(dāng)帶電粒子的庫侖相互作用內(nèi)能(勢能)遠(yuǎn)小于熱運(yùn)動動能時(shí)()即若滿足便可以認(rèn)為各種粒子在熱平衡態(tài)也服從詹姆斯·麥克斯韋分布。
時(shí)空特征量
等離子體的電中性有其特定的空間和時(shí)間尺度。德拜長度是等離子體具有電中性(也稱準(zhǔn)中性)的空間尺寸下限，也就是說等離子體中的電中性在等離子體的容積率(系統(tǒng)尺度)比德拜長度充分大時(shí)才成立。在小于德拜長度的空間范圍，處處存在著電荷的分離，此時(shí)，電離氣體不具有電中性，只是普通氣體。
為德拜長度，它由等離子體電子密度和溫度決定，即
電子走完一個振幅（等于德拜長度）所需的時(shí)間可看作是等離子體存在的時(shí)間長度下限。在任何一個小于的時(shí)間間隔內(nèi)，由于存在等粒子體振蕩，因而體系中任何一處的正負(fù)電子總是分離，只有在大于的時(shí)間間隔的平均效果來看，等離子體才是宏觀電中性的。
因此等離子體的準(zhǔn)確定義是：由大量正、負(fù)帶電離子（有時(shí)還包括中性粒子）組成的，空間尺寸遠(yuǎn)大于德拜長度，時(shí)間尺度遠(yuǎn)大于電子走完一個相當(dāng)于德拜長度的振幅所需要的時(shí)間，以集體效應(yīng)為主的，具有準(zhǔn)電中性的體系。
磁化
帶電粒子的存在導(dǎo)致等離子體產(chǎn)生磁場并受到磁場的影響。具有足以影響帶電粒子運(yùn)動的磁場的等離子體稱為被磁化。一個常見的定量標(biāo)準(zhǔn)是粒子在發(fā)生碰撞之前平均至少完成繞磁場線的一周旋轉(zhuǎn)，即，其中代表電子回轉(zhuǎn)頻率，代表電子碰撞率。通常情況下，等離子體中的電子是磁化的，但陽離子不是。磁化等離子體不具各向同性：它在平行和垂直于磁場的方向上有不同的性質(zhì)。雖然等離子體自身的電場很小，但與高速移動的等離子體相關(guān)的電場在磁場中有如下關(guān)系，，其中表示速度，不受德拜屏蔽的影響。
電勢
等離子體是可以導(dǎo)電，因此對電勢起著重要的作用。帶電粒子之間的平均電勢與如何測量無關(guān)，被稱為“等離子體電勢”或“空間電勢”。如果將電極插入等離子體中，由于所謂的德拜鞘，其電勢通常會大大低于等離子體電勢。等離子體良好的導(dǎo)電性使其電場非常小，這就產(chǎn)生了“準(zhǔn)中性”的概念，即負(fù)電荷的密度等離子體中的正電荷的密度。在德拜長度范圍內(nèi)，可能會出現(xiàn)電荷不平衡。在形成雙層的特殊情況下，電荷分離可以延伸幾十個德拜長度。
等離子體也有可能不是準(zhǔn)中性的，例如電子束就只含陰離子。非中性等離子體一般密度都非常低，或體積非常小，否則靜電力的會使等離子體自相排斥并消散。
數(shù)學(xué)描述
流體模型
等離子體的流體模型就是當(dāng)研究緩慢變化的等離子體運(yùn)動時(shí)，把等離子體看做帶電粒子組成的導(dǎo)電流體，主要由連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和泊松方程組成。由流體模型分析等離子體各參數(shù)的變化情況，其實(shí)質(zhì)就是將上述方程化為適當(dāng)?shù)?a href="/hebeideji/8189910268522277794.html">偏微分方程組，再將偏微分方程組歸一化后以離散的數(shù)值差分形式求解，即將等離子體放電的物理過程的分析轉(zhuǎn)換為求解偏微分方程問題。所謂緩慢變化是指等離子體的特征長度和特征時(shí)間遠(yuǎn)大于等離子體粒子的平均自由程和平均碰撞時(shí)間，而特征長度和特征時(shí)間是指等離子體特征量可以產(chǎn)生顯著變化的空間長度和時(shí)間范圍。在這種情況下，等離子體可近似地看作處于局部熱平衡狀態(tài)，因而可以像在通常的流體力學(xué)中那樣定義等離子沉體的速度、壓強(qiáng)、密度、溫度等流體力學(xué)及熱力學(xué)參量，并用這些宏觀參量來描述等離子體的宏觀運(yùn)動。
動力學(xué)模型
動力學(xué)模型描述了等離子體中每個點(diǎn)的粒子速度分布函數(shù)，因此不需要假設(shè)詹姆斯·麥克斯韋玻爾茲曼分布。對于無碰撞等離子體，動力學(xué)描述通常是必要的。等離子體的動力學(xué)描述有兩種常見的方法。一種是基于在網(wǎng)格上表示速度和位置的平滑分布函數(shù)。另一種稱為細(xì)胞內(nèi)粒子（PIC）技術(shù)，通過跟蹤大量單個粒子的軌跡來包含動力學(xué)信息。動力學(xué)模型通常比流體模型計(jì)算量更大。弗拉索夫方程可用于描述與電磁場相互作用的帶電粒子系統(tǒng)的動力學(xué)。在磁化等離子體中，回旋運(yùn)動方法可以大大減少全動力學(xué)模擬的計(jì)算費(fèi)用。
現(xiàn)象
絲狀化
波克蘭電流呈條紋或弦狀結(jié)構(gòu)，在許多等離子體中都可以看到，如等離子體球、極光、閃電、電弧、太陽耀斑、和超新星遺跡。它們有時(shí)與較大的電流密度相關(guān)，與磁場的相互作用可以形成磁繩結(jié)構(gòu)。
絲化等離子體也指高功率激光脈沖的自聚焦。在高功率下，折射率的非線性部分變得很重要，并導(dǎo)致激光束中心的折射率更高，其中激光比邊緣更亮，從而產(chǎn)生使激光更加聚焦的反饋。聚焦得更緊密的激光具有更高的峰值亮度，可形成等離子體。等離子體的折射率低于1，會導(dǎo)致激光束散焦。聚焦折射率和散焦等離子體的相互作用使得等離子體形成長絲，長度可達(dá)微米至千米。
不可滲透
不可滲透等離子體是一種熱等離子體，其對于氣體或冷等離子體的作用類似于不可滲透固體，并且可以被物理推動。Hannes Alfvén領(lǐng)導(dǎo)的小組在20世紀(jì)60年代和1970年代對冷氣體和熱等離子體的相互作用進(jìn)行了簡要研究，以了解其在聚變等離子體與反應(yīng)堆壁隔離方面的應(yīng)用。然而，后來發(fā)現(xiàn)這種配置中的外部磁場可能會引起等離子體中的扭結(jié)不穩(wěn)定性，并隨后導(dǎo)致壁上意外地高熱損失。2013年，一組材料科學(xué)家報(bào)告說，他們僅使用超高壓冷氣體層就成功地產(chǎn)生了穩(wěn)定的、不滲透的等離子體，且沒有磁約束。雖然據(jù)稱由于高壓而難以獲得有關(guān)等離子體特性的光譜數(shù)據(jù)，但等離子體對不同納米結(jié)構(gòu)合成的被動效應(yīng)是有效的。他們還表明，在保持不滲透性數(shù)十秒后，等離子體和氣體界面處的離子篩選可能會產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次加熱模式，從而導(dǎo)致不同的反應(yīng)動力學(xué)和形成復(fù)雜的納米材料。
研究進(jìn)展
低溫等離子體
世界范圍內(nèi)技術(shù)研發(fā)主要分布在歐洲和亞洲，在亞洲，韓國和日本項(xiàng)目較多，中國和新加坡發(fā)展較為迅速。美國能源部（DOE）重視微電子學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域的低溫等離子體-表面相互作用的研究。中國重視等離子體科學(xué)與工程對集成電路器件制造業(yè)和低溫等離子體產(chǎn)業(yè)的推動作用。在等離子體應(yīng)用于醫(yī)藥的領(lǐng)域，低溫等離子體促進(jìn)和抑制藥物活性的機(jī)制、低溫等離子體與藥物協(xié)同抗癌作用的分子機(jī)制尚不清楚，缺少基于低溫等離子體的藥物的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)，在低溫等離子體降解醫(yī)療廢物的過程中，有毒物質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測和選擇合適的等離子體處理?xiàng)l件以徹底凈化污水也是有待研究的重要問題。
磁約束聚變
實(shí)驗(yàn)室條件下可行的聚變反應(yīng)是氫的同位素和的帶正電的原子核聚變反應(yīng)生成氦核并釋放巨大的能量。為了克服帶正電粒子間的靜電排斥，可以使用磁場限制帶電粒子，采用加熱等離子體的方式使帶電粒子獲得能量克服靜電作用。美國參與國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃，有各種規(guī)模的磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置：為國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃提供研究基礎(chǔ)的DIII-D，為球形托卡馬克提供基礎(chǔ)的NSTX-U，以及主要部署在美國大學(xué)的小型研究設(shè)施等。
中國在全超導(dǎo)托卡馬克(EAST)實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，取得了100s量級的高約束穩(wěn)態(tài)運(yùn)行等離子體的重要進(jìn)展，在邊界局域模及高熱負(fù)荷緩解等影響托卡馬克高約束穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的關(guān)鍵物理問題研究上取得了重要突破。
2025年1月20日，中國有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在安徽合肥創(chuàng)造新世界紀(jì)錄，首次完成1億攝氏度1000秒“高質(zhì)量燃燒”，標(biāo)志中國聚變能源研究實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)科學(xué)向工程實(shí)踐的重大跨越，對人類加快實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電具有重要意義。
激光-等離子體相互作用
激光-等離子體相互作用是指高強(qiáng)度脈沖激光與等離子體之間的相互作用。激光技術(shù)的合作研發(fā)模式推動了激光-等離子體相互作用領(lǐng)域的發(fā)展，激光技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用加強(qiáng)了產(chǎn)學(xué)研合作。激光·等離子體相互作用推動等離子體光學(xué)、強(qiáng)場物理、粒子加速、激光光源等的新領(lǐng)域發(fā)展。
高能量密度系統(tǒng)
高能量密度等離子體物理研究極高密度、溫度下的電離物質(zhì)，主要研究高能量密度等離子體、溫稠密物質(zhì)、慣性約束聚變。美國高能量密度裝置有大、中、小三種規(guī)模，在中等規(guī)模激光裝置上形成研究聯(lián)盟，并根據(jù)其研究需求調(diào)整布局。2015-2019年，美國的高能量密度文章產(chǎn)出由62%降至50%，但仍較大幅度領(lǐng)先于世界其他國家。
宇宙等離子體
宇宙等離子體研究等離子體天體物理和太陽等離子體物理。太陽動力學(xué)觀測站、日地關(guān)系天文臺的太陽成像儀、四航天器群磁層多尺度任務(wù)、帕克太陽探測器等裝置或者任務(wù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動特征識別、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能推動宇宙等離子體研究發(fā)展。
美國的宇宙等離子體投資建設(shè)了激光干涉引力波觀測站(LIGO)、高能天體物理學(xué)高級望遠(yuǎn)鏡雅典娜(預(yù)計(jì)2028年發(fā)射)、事件視界望遠(yuǎn)鏡(EHT)、X射線成像和光譜任務(wù)(XRISM)LYNX射線天文臺(LYNX)、激光干涉儀空間天線(lisa)、平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡(SKA)和切倫科夫望遠(yuǎn)鏡陣列(CTA)將解決等離子體天體物理若干子領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)：多信使宇宙等離子體的極端等離子體物理，稀薄等離子體物理，初期太陽系、太陽系外行星、星際介質(zhì)的等離子體物理。
應(yīng)用
軍事
等離子體由于其特有的性盾引發(fā)了人們的興趣和關(guān)注。對等離子體技術(shù)的研究日益深入，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，等離子體技術(shù)在軍事上可用于武器系統(tǒng)隱身、通信和探測、火炮發(fā)射、飛行器攔截、航天推進(jìn)、電子對抗和軍事能源等多個方面。
等離子體隱身
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，雷達(dá)探測技術(shù)占有非常重要的地位，它可以探測導(dǎo)彈、飛機(jī)等武器系統(tǒng)，運(yùn)用等離子體技術(shù)可以有效達(dá)到武器系統(tǒng)隱身的目的。
當(dāng)入射到等離子體上的電磁波的頻率低于等離子體的電子朗繆爾頻率時(shí)，電磁波不能在等離子體內(nèi)傳播，只能被反射。但是，當(dāng)人射電磁波的頻率高于電子朗繆爾頻率時(shí)，電磁波可以在等離子體內(nèi)部傳播，在傳播過程中其能量被迅速吸收，從而使反射的能量很少。根據(jù)這一原理，只要在需要隱身的物體周圍形成一個等離子體層，調(diào)節(jié)等離子體的電子密度，使電子朗繆爾頻<入射到等離子體上的電磁波的頻率，就可以大大減少被反射的電磁波，達(dá)到隱身的目的。
等離子體通信
等離子體通信主要是指利用地球大氣層的電離層信道的軍用短波通信，短波可以用地表波和電離層波方式來傳播短波用地表波傳播時(shí)，由于地表波的衰減隨頻率的升高而增加，對通常應(yīng)用的發(fā)射功率來說，傳播距離一般不超過幾十公里，故只適用于小電臺，頻率用于短波頻段的低端。當(dāng)短波用電離層波傳播時(shí)通信距離可達(dá)數(shù)萬公里，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。短波通信不需要中繼站轉(zhuǎn)發(fā)就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。這特別適用于車載、艦載和機(jī)載的遠(yuǎn)距離移動通信；此外，短波通信設(shè)備簡單，比較機(jī)動靈活，比較隱蔽，安全性好，特別適于軍事應(yīng)用；而且，設(shè)備的建設(shè)和維護(hù)費(fèi)比較低。短波通信的主要缺點(diǎn)是通信容量小，傳播媒質(zhì)不穩(wěn)定，干擾大，可靠性差。
能源工程
受控?zé)?a href="/hebeideji/7261198139607973947.html">核聚變
受控?zé)岷司圩兪侨祟愖罱K解決能源危機(jī)的唯一途徑，但商業(yè)運(yùn)行是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。因此，開發(fā)利用新能源和節(jié)能技術(shù)成為富有戰(zhàn)略意義的研究項(xiàng)目。核聚變是指由輕原子核融合成為質(zhì)量較大的重原子核的核反應(yīng)過程，核聚變能釋放出巨大的能量，比裂變反應(yīng)釋放的能量大得多，因此實(shí)現(xiàn)受控核聚變反應(yīng)，是利用能源的一個重要途徑。為此，科學(xué)家們已研究了數(shù)十年，取得了一些進(jìn)展研究表明，用加速器加速質(zhì)子或氘核等粒子來轟擊氘核或其他原子核，可以實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，但被加速的粒子同電子碰撞的概率較大，能夠發(fā)生聚變反應(yīng)的概率很小，另一種可行的辦法是：把聚變物質(zhì)加熱到極高的溫度，使其成為等離子體，等離子體中的核和電子以極大的速度作無規(guī)則熱運(yùn)動。
節(jié)能技術(shù)
在節(jié)能技術(shù)中，等離子體合成超細(xì)粉燒制的陶瓷發(fā)動機(jī)具有高熱機(jī)轉(zhuǎn)化效率，等離子體熱障涂層可以降低發(fā)動機(jī)熱損，高光電轉(zhuǎn)化效率的氣體放電燈照明技術(shù)已得到了推廣。等離子體磁流體發(fā)電熱效率高、輸出功率高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、熱污染和塵末污染小，該技術(shù)在能源匱乏的發(fā)達(dá)國家中已得到相當(dāng)程度的應(yīng)用。
太陽能利用
在太陽能的利用中，提高光電轉(zhuǎn)化效率是其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，與晶體硅相比，其用等離子體CVD方法制備的非晶硅具有諸多優(yōu)點(diǎn)，首先，其吸收光譜接近太陽能光譜，吸收系數(shù)比晶體硅高一個量級；其次，薄膜工藝簡單，易于大面積隨意成形；此外，其成本更低。近年的研究結(jié)果還表明，鋰在導(dǎo)電分子薄膜中的納米硅能進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率。
工業(yè)
下表列出了一些等離子體應(yīng)用化學(xué)。利用氣相與固相反應(yīng)或者由氣相析出固相的應(yīng)用技術(shù)中，低溫等離子體占大多數(shù)。氣相-固相反應(yīng)可分三類，即由固體與帶電粒子氣體反應(yīng)生成新的氣體；由固體表面的化學(xué)析出進(jìn)行等離子體成膜；等離子體表面改性。
等離子體蝕刻
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件正進(jìn)入集成度非常高的超ISI時(shí)代，因此ISI技術(shù)要求越來越高的精細(xì)加工技術(shù)。其中之一是在硅片上形成微細(xì)圖形的蝕刻技術(shù)。等離子體蝕刻是利用典型的氣體組合形成具有強(qiáng)烈蝕刻特性的氣相等離子體，使其與物體表面發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成易揮發(fā)性物質(zhì)，再由真空泵吸走揮發(fā)性物質(zhì)達(dá)到表面清潔，改性等蝕刻的目的。因此從嚴(yán)格意義上講，等離子體蝕刻技術(shù)應(yīng)不屬于物理法表面處理技術(shù)，但由于該技術(shù)在實(shí)施過程中屬于非接觸式作用方式，且不涉及傳統(tǒng)意義上的化學(xué)試劑，因此，在許多場合被劃為物理法表面處理技術(shù)范疇。等離子體蝕刻技術(shù)在印制電路板制造表面處理技術(shù)中的應(yīng)用主要有三個方面，即蝕刻、活化和清潔。
濺射成膜和離子鍍
通常把用某種工藝方法在基片上形成的厚度從單原子層到約5um的物質(zhì)層稱為薄膜。薄膜的形成方法有很多，濺射和離子鍍是利用等離子體化學(xué)反應(yīng)形成薄膜的兩種最常用的方法。當(dāng)入射離子(或粒子)襲擊靶材表面時(shí)，使靶材表面原子飛逸出來的過程稱為濺射。利用這種現(xiàn)象形成薄膜的方法稱為濺射法。自開發(fā)出能夠高速、低溫濺射的磁控管陰極以來濺射技術(shù)，得到發(fā)展和普及。離子鍍把蒸發(fā)源作為陽極，在壓力1Pa的氬中向基板施加很高的負(fù)電壓，發(fā)生輝光放電。電離后的蒸發(fā)原子被靜電加速射入到基板上，形成優(yōu)異致密的薄膜。
等離子體化學(xué)氣相沉積
等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）是把等離子體應(yīng)用于化學(xué)氣相沉積中的一種技術(shù)，如沉積氮化鈦，原料仍為TiCL、HN。但用直流輝光、射頻輝光、微波場等激發(fā)等離子體，可將生成氮化鈦的反應(yīng)溫度由CVD的1000℃降至200~500℃。PCVD是一種新的制膜技術(shù)，特別適合于功能材料薄膜和化合物膜的合成并顯示出許多優(yōu)點(diǎn)，被視為第二代制膜制備技術(shù)。
金屬表面改性
金屬碳化物、氮化物的化學(xué)性能穩(wěn)定，質(zhì)地堅(jiān)硬，但很脆，加工性不好。一般用金屬表面改性的方法作為最終工序，則可以金屬具有耐熱、耐蝕、耐磨損性。低溫等離子體可以在比熱化學(xué)反應(yīng)溫度低的低溫條件下，仍以較快的反應(yīng)速度使金屬表面氮化或碳化，所以近年在提高材料的表面硬度，增強(qiáng)材料耐熱、耐磨及耐蝕性等方面得到廣泛應(yīng)用。
參考資料 >
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燃！中國“人造太陽”創(chuàng)造“億度千秒”世界紀(jì)錄.中國網(wǎng)-今日頭條.2025-01-21