“第四态”的发现
1879年，英国化学家威廉·克鲁克斯发现真空放电管中的气体性质与普通气体不同，称之为“辐射物质”，即物质的第四态。1928年，美国化学家欧文·朗缪尔观察到电离气体像血浆运载血细胞一样携带带电粒子并集体振荡，便借用血浆一词将其命名为“plasma”。1920年，印度天体物理学家梅格纳德·萨哈推导出气体电离程度随温度和压强变化的公式，为解读恒星光谱开辟了道路。1923年德拜和休克尔提出的“德拜屏蔽”，解释了等离子体如何屏蔽电荷而整体保持电中性。
宇宙与地球上的等离子体
恒星、太阳和星际气体等宇宙中99%以上的可见物质都是等离子体。20世纪初，挪威物理学家克里斯蒂安·伯克兰通过考察和实验提出，极光是太阳射来的带电粒子沿地球磁场涌入极区形成的，这一观点后来被卫星观测证实。1942年，汉内斯·阿尔文预言了等离子体与磁场一起振荡的“阿尔文波”，获1970年诺贝尔奖；1958年，尤金·帕克预言了太阳持续向外喷出等离子体的“太阳风”。2018年发射的帕克太阳探测器正穿行于太阳风中，直接测量充满太阳系的等离子体。在地球上，闪电、部分火焰和电离层都是等离子体。
技术中的等离子体与核聚变
日光灯、霓虹灯、等离子切割机，以及在半导体芯片上刻蚀微细电路和沉积薄膜的工艺，都离不开等离子体。最大的目标是核聚变发电。20世纪50年代苏联的塔姆和萨哈罗夫设计的环形磁约束装置“托卡马克”是主流方案；1957年，约翰·劳森提出了聚变堆获得净能量所需的密度、温度和约束时间条件。中国的EAST（东方超环）、韩国的KSTAR不断刷新高温等离子体运行纪录，法国正在建设国际合作装置ITER。2022年，美国国家点火装置（NIF）用激光压缩燃料靶丸，首次获得超过注入靶丸激光能量的聚变能量；不过要超过整个装置的耗电、实现商业发电，仍任重道远。与核裂变不同，核聚变产生的长寿命高放废物很少，因而备受期待。
常见问题
- 等离子体和气体有什么区别？
- 气体由中性原子或分子组成，而等离子体中带电的离子和电子自由运动，因此导电性强、对磁场反应强烈，并常常自行发光。
- 它和血液里的“血浆”是一回事吗？
- 英文都叫plasma，朗缪尔正是借用了血浆一词，但物理学中的等离子体与血液中的血浆完全不同。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Birkeland, K. (1908). The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902–1903 (Vol. 1). Christiania: H. Aschehoug.
- Saha, M. N. (1920). Ionization in the solar chromosphere. Philosophical Magazine, 40(238), 472–488.
- Debye, P., & Hückel, E. (1923). Zur Theorie der Elektrolyte. Physikalische Zeitschrift, 24, 185–206.
- Langmuir, I. (1928). Oscillations in ionized gases. PNAS, 14(8), 627–637.
- Alfvén, H. (1942). Existence of electromagnetic-hydrodynamic waves. Nature, 150(3805), 405–406.
- Lawson, J. D. (1957). Some criteria for a power producing thermonuclear reactor. Proceedings of the Physical Society B, 70(1), 6–10.
- Parker, E. N. (1958). Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields. Astrophysical Journal, 128, 664–676.
- Chen, F. F. (2016). Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion (3rd ed.). Cham: Springer.
- Abu-Shawareb, H., et al. (Indirect Drive ICF Collaboration). (2024). Achievement of target gain larger than unity in an inertial fusion experiment. Physical Review Letters, 132(6), 065102.