1.1　等離子體的定義

在19世紀(jì)初，物理學(xué)家就已經(jīng)開始探索和研究是否存在物質(zhì)的第四態(tài)。1835年，法拉第（Faraday）利用低壓放電管觀察到低壓氣體的輝光放電現(xiàn)象；1879年，克魯克斯（Crookes）研究了真空放電管中電離氣體的性質(zhì)，首次提出了物質(zhì)第四態(tài)的存在；1927年，朗繆爾（Langmuir）在研究水銀蒸氣的離子化狀態(tài)時(shí)第一次引入“Plasma”這個(gè)術(shù)語(yǔ)，并首次把電離氣體稱作“等離子體”。

等離子體是由帶電的正粒子、負(fù)粒子（其中包括正離子、負(fù)離子、電子、自由基和各種活性基團(tuán)等）組成的集合體，其中正電荷和負(fù)電荷電量相等故稱等離子體。它們?cè)诤暧^上是呈電中性的電離態(tài)氣體（也有液態(tài)、固態(tài)）。一般來說，等離子體（Plasma）是氣體電離產(chǎn)生大量帶電粒子（電子、離子）、中性粒子（原子、分子）所組成的體系，又被稱為氣、液、固三態(tài)之外的第四態(tài)物質(zhì)，如圖1-1所示。等離子體具有以下基本特點(diǎn)。

圖1-1　等離子體——物質(zhì)的第四態(tài)

①導(dǎo)電性　由于自由電子和帶正、負(fù)電荷的離子的存在，因此等離子體具有很強(qiáng)的導(dǎo)電性。

②電準(zhǔn)中性　雖然等離子體內(nèi)部具有很多帶電粒子，但是在足夠小的空間和時(shí)間尺度上，粒子所帶的正電荷數(shù)總是等于負(fù)電荷數(shù)，所以稱為電準(zhǔn)中性。

③與磁場(chǎng)的可作用性　由于等離子體是由帶電粒子組成的電導(dǎo)體，因此可以用磁場(chǎng)來控制它的位置、形狀和運(yùn)動(dòng)軌跡，例如電弧的旋轉(zhuǎn)、電弧的穩(wěn)定以及電弧熄滅等現(xiàn)象，與此同時(shí)帶電粒子的集體運(yùn)動(dòng)又可以產(chǎn)生電磁場(chǎng)。

④氣氛可控　改變等離子體的工作氣體可以形成氧化性、中性或還原性氣氛以滿足工業(yè)和技術(shù)上的不同需要。