等離子體加熱器

看似“神秘”的等離子體，其實是宇宙中一種常見的物質(zhì)，在太陽、恒星、閃電中都存在等離子體，它占了整個宇宙的99%。21世紀人們已經(jīng)掌握和利用電場和磁場產(chǎn)生來控制等離子體。最常見的等離子體是高溫電離氣體，如電弧、霓虹燈和日光燈中的發(fā)光氣體，又如閃電、極光等。金屬中的電子氣和半導(dǎo)體中的載流子以及電解質(zhì)溶液也可以看作是等離子體。在地球上，等離子體物質(zhì)遠比固體、液體、氣體物質(zhì)少。在宇宙中，等離子體是物質(zhì)存在的主要形式，占宇宙中物質(zhì)總量的99%以上，如恒星(包括太陽)、星際物質(zhì)以及地球周圍的電離層等，都是等離子體。為了研究等離子體的產(chǎn)生和性質(zhì)以闡明自然界等離子體的運動規(guī)律并利用它為人類服務(wù)，在天體物理、空間物理、特別是核聚變研究的推動下，近三、四十年來形成了磁流體力學(xué)和等離子體動力學(xué)。

等離子體由離子、電子以及未電離的中性粒子的集合組成，整體呈中性的物質(zhì)狀態(tài)。等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體。等離子體溫度分別用電子溫度和離子溫度表示，兩者相等稱為高溫等離子體；不相等則稱低溫等離子體。低溫等離子體廣泛運用于多種生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運用，讓網(wǎng)絡(luò)時代成為現(xiàn)實。

高溫等離子體只有在溫度足夠高時發(fā)生的。恒星不斷地發(fā)出這種等離子體，組成了宇宙的99%。低溫等離子體是在常溫下發(fā)生的等離子體（雖然電子的溫度很高）。低溫等離子體可以被用于氧化、變性等表面處理或者在有機物和無機物上進行沉淀涂層處理。

等離子體（Plasma）是一種由自由電子和帶電離子為主要成分的物質(zhì)形態(tài)，廣泛存在于宇宙中，常被視為是物質(zhì)的第四態(tài)，被稱為等離子態(tài)，或者“超氣態(tài)”，也稱“電漿體”。等離子體具有很高的電導(dǎo)率，與電磁場存在極強的耦合作用。等離子體是由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)的，1928年美國科學(xué)家歐文·朗繆爾和湯克斯（Tonks）首次將“等離子體”（plasma）一詞引入物理學(xué)，用來描述氣體放電管里的物質(zhì)形態(tài)[1]。嚴格來說，等離子體是具有高位能動能的氣體團，等離子體的總帶電量仍是中性，借由電場或磁場的高動能將外層的電子擊出，結(jié)果電子已不再被束縛于原子核，而成為高位能高動能的自由電子。

等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，即電離了的“氣體”，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子(具有不同符號和電荷)、電子、原子和分子。其實，人們對等離子體現(xiàn)象并不生疏。在自然界里，熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結(jié)果。對于整個宇宙來講，幾乎99．9%以上的物質(zhì)都是以等離子體態(tài)存在的，如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法，如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離子體。分子或原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由電子和原子核組成。在通常情況下，即上述物質(zhì)前三種形態(tài)，電子與核之間的關(guān)系比較固定，即電子以不同的能級存在于核場的周圍，其勢能或動能不大。

普通氣體溫度升高時，氣體粒子的熱運動加劇，使粒子之間發(fā)生強烈碰撞，大量原子或分子中的電子被撞掉，當溫度高達百萬開到1億開，所有氣體原子全部電離。電離出的自由電子總的負電量與正離子總的正電量相等。這種高度電離的、宏觀上呈中性的氣體叫等離子體。

等離子體和普通氣體性質(zhì)不同，普通氣體由分子構(gòu)成，分子之間相互作用力是短程力，僅當分子碰撞時，分子之間的相互作用力才有明顯效果，理論上用分子運動論描述。在等離子體中，帶電粒子之間的庫侖力是長程力，庫侖力的作用效果遠遠超過帶電粒子可能發(fā)生的局部短程碰撞效果，等離子體中的帶電粒子運動時，能引起正電荷或負電荷局部集中，產(chǎn)生電場；電荷定向運動引起電流，產(chǎn)生磁場。電場和磁場要影響其他帶電粒子的運動，并伴隨著極強的熱輻射和熱傳導(dǎo)；等離子體能被磁場約束作回旋運動等。等離子體的這些特性使它區(qū)別于普通氣體被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。

在宇宙中，等離子體是物質(zhì)最主要的正常狀態(tài)。宇宙研究、宇宙開發(fā)、以及衛(wèi)星、宇航、 能源等新技術(shù)將隨著等離子體的研究而進入新時代。