什么是等离子体？
非束缚性：异类带电粒子之间相互“自由”，等离子体的基本粒子元是正负荷电的粒子（电子、离子），而不是其结合体。
粒子与电磁场的不可分割性：等离子体中粒子的运动与电磁场（外场及粒子产生的自洽场）的运动紧密耦合，不可分割。
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁力是长程的。
43cao
等离子体是物质第四态
电离气体是一种常见的等离子体
需要有足够的电离度的电离气体才具有等离子体性质。
“电性”比“中性”更重要 ( 电离度 >10-4 )
放电是使气体转变成等离子体的一种常见形式
等离子体 电离气体
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。因而，天然等离子
体就只能存在于远离人的地方，以闪电、极光的形式为人们所敬畏、所赞叹。
由地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、星云及星团，毫无例外的都是等离子体。
地球上，人造的等离子体也越来越多地出现在我们的周围。
日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理
高技术应用：托卡马克、惯性约束聚变、、高功率微波器件、离子源、强流束、飞行器鞘套与尾迹
等离子体参数空间
密度(cm -3)
温度 (度)
太阳核心 磁约束 聚 变bcb
激励相容霓虹灯 北极光
火 闪电
日冕
氢
星际空间 荧光
气体 液 体 固 体
惯性聚变
星
太阳风
等离子体的描述方法
⏹ 等离子体描述是一致的，通常是经典、非相对论的体系
经典：
3/1/-∝∝n p h λ
非相对论：
2ω∝T
▪ 电磁场运动 麦克斯韦方程
▪ 粒子运动
▪ 直接粒子描述： 每个粒子运动由牛顿方程描述（对现实体系的粒子数几乎是不可能的，计算机 PIC 模拟方法以此为基础） ▪ 动力论描述：相空间粒子概率分布()
t v x f ,，描述，
c
t f v a x v t f dt df ⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂=∂+∂+∂∂= 流体描述：将等离子体视为电磁相互作用起主导作用的流体，（电）磁流体（EMHD ，MHD ）
等离子体分类
冷等离子体（a i e T T T ,≠）
如：极光、日光灯
水泵扬程低温等离子体
热等离子体（a i e T T T ,=）
如：电弧、碘钨灯
高温等离子体
如：聚变、太阳核心
低温等离子体的电子温度小于10000°C ，电子能量是1eV ，而高温等离子体的电子温度则大于此温度。
等离子体判据
等离子体存在时间尺度：必须大于响应时间，即
pe ττ>
等离子体存在空间尺度：必须大于德拜长度，即
D l λ>
等离子体参数：必须远大于1，即
1>>Λ
2
/12/32
/32003
44-∝⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=Λe
e e e D
e n T e n T n n επλπ
德拜球的粒子数（3/Λ）必须具有统计意义
()
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=Λ
--3/1023
/13
/24/4e e n e T πεπ 等离子体是弱耦合的近“理想”电离气体。
苍原
对弱电离情况：带电粒子与中性粒子作用远小于带电粒子之间的作用
非磁化等离子体中波动
离子声波：离子运动，低频，与普通声波类似，纵波
()i e e i
i i e e s m T m T T C k ///γγγω≈+≡
=
电子等离子体波：电子运动，高频，纵波
()222/3k m T e e pe +=ωω
电磁波：横波，等离子体可视为介质，折射率 n < 1，小于等离子体频率的波不能传播
22
/1ωωpe n -=
无线电波在电离层的反射
截止层：
2
/19e
c n f f ==
磁化等离子体中波动
Alfen 波：低频波，等离子体与磁场冻结在一起，相当于弹性介质：
()2亚瑟王2:亡灵军团
/1002//n m B V k i A μω≡=
平行于磁场传播的波：左旋偏振波、右旋偏振波
垂直于磁场传播的波：寻常波、异常波
等离子体物理学科发展简史
19世纪30年代起
放电管中电离气体，现象认识
建立等离子体物理基本理论框架
20世纪50年代起
受控热核聚变
空间技术
等离子体物理成为独立的分支学科
20世纪80年代起
气体放电和电弧技术发展应用
低温等离子体物理发展
等离子体物理主要研究领域
低温应用等离子体
冷等离子体
热等离子体
聚变等离子体
磁约束聚变
惯性约束聚变
空间和天体等离子体
主要内容
等离子体物理及学科
等离子体概念和基本性质
等离子体物理学科发展史及研究领域
等离子体主要应用领域
低温等离子体应用
冷等离子体应用－热等离子体应用－军事与高技术应用聚变等离子体
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