絢麗的極光從何而來？低溫等離子體了解一下

我們生活中的一些現象，比如跳動的火焰、奪目的閃電、絢麗的極光，或多或少都有等離子體的影子。等離子體是物理學研究的一個重要分支，目前，等離子體技術已經被廣泛應用於國防、工業、環境、農業、信息技術等各大領域。但是那麼多產生等離子體的方式，你都聽說過嗎？

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2018年11月14日，中國「人造小太陽」實現1億攝氏度等離子體運行。(葛宜年/人民圖片)

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等離子體按溫度高低可分為高溫等離子體和低溫等離子體，本篇文章主要說明低溫等離子體的產生方式，主要有以下幾種：

一、電暈放電：當電極周圍電場極不均勻、壓強較高時，會產生一種微弱的放電形式，伴有微弱的電流及亮光，分為直流電暈放電和脈衝電暈放電。前者是將電壓直接施加在曲率半徑很小的電極(如針狀或細線狀電極)上，當電壓升高到某一值時，尖端、邊緣、細絲附近會產生強電場，使周圍的空氣電離，形成局部放電，常見的如電暈絲放電、電阻連接處尖端放電等。後者是採用窄脈衝高壓電源(脈衝時間短，電源能量高)供能，在極短的脈衝時間內，電壓迅速上升，電子被加速，而其它離子基本保持靜止，主要是利用多級脈衝放電器來實現。

二、輝光放電：低氣壓(一般低於10mbar)條件下一種穩定的放電形式，比如在尺寸一定的的玻璃管中，裝有壓強一定的稀有氣體(如氬氣、氖氣等)，對其施加直流或交流電，當電壓升高至一定值時，玻璃管發亮，如白熾燈、霓虹燈等。

三、介質阻擋放電：在放電電極或放電空間中插入介質材料(絕緣材料)，電壓足夠高時，氣體被擊穿而放電。放電過程中會產生大量性質活潑的自由基，易與其它自由基、原子、分子發生反應，生成新物質。所以介質阻擋放電技術可以用來製造臭氧發生器、處理揮發性有機氣體、汽車尾氣等，現主要被應用於環保相關行業。

四、滑動弧放電：將高壓電源連接在兩個分開的電極上，氣體沿電極在其間距最小處被擊穿，產生的電弧(放電)向外擴散，直到斷裂，同時又產生新的電弧，便可源源不斷地產生等離子體，其主要應用於材料表面處理和有毒廢棄物的處理。

五、高頻放電：放電電源頻率在MHz以上的氣體放電形式(常用頻率13.56MHz)。在高頻電場下，電子與氣體分子發生碰撞產生電離，生成等離子體，和滑動電弧放電一樣，常應用於材料表面處理和有毒廢棄物的處理。

本文由中科院大學物理科學學院研究員陳碩進行科學性把關。

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