
【化】 hot plasma
high temperature
【醫】 hyperthermia; hyperthermy
【化】 plasma
高溫等離子體(High-Temperature Plasma)是物質在極端高溫條件下形成的第四種物态,其特征是原子核與電子完全電離并處于高度活躍狀态。根據《物理學評論》對等離子體分類的定義,當氣體溫度超過$10$K(約100萬攝氏度)時,可稱為高溫等離子體。該狀态下的粒子動能極大,足以克服庫侖勢壘,引發核聚變反應,這也是可控核聚變研究的物理基礎。
從産生機制看,高溫等離子體主要通過托卡馬克裝置(如ITER項目)、慣性約束聚變(如美國國家點火裝置)或天體物理現象(如太陽日冕)形成。國際原子能機構(IAEA)2024年報告指出,目前實驗室環境下已能維持1.5億攝氏度的高溫等離子體達400秒。
在應用層面,高溫等離子體技術支撐着:
該領域研究主要由國際熱核聚變實驗堆(ITER)、普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)等機構推動,其成果定期發表于《核聚變》(Nuclear Fusion)期刊。
高溫等離子體是物質在極端高溫條件下形成的完全電離狀态,具有以下核心特性:
基本定義與電離特性 高溫等離子體中所有粒子(電子、離子)溫度極高且趨于一緻(通常達$10$K量級),電離度接近100% 。這意味着氣體中的原子幾乎完全失去電子,形成由自由電子和離子組成的電中性混合體。
熱力學平衡狀态 與低溫等離子體不同,高溫等離子體處于完全熱力學平衡狀态,電子溫度($T_e$)與離子溫度($T_i$)相等: $$ T_e = T_i = 10 text{ K} $$ 這種特性使其成為核聚變反應的必要條件 。
存在場景
• 天體物理環境:太陽核心(溫度約$1.5times10$K)、恒星内部等
• 人工裝置:托卡馬克核聚變裝置(如ITER)、慣性約束聚變裝置
與低溫等離子體對比 | 特征| 高溫等離子體| 低溫等離子體 | |------------|------------------|-------------------| | 溫度範圍| $10$K以上| $10$~$10$K| | 電離度| 100% | 部分電離(<1%)| | 應用領域| 核聚變研究 | 顯示屏、材料處理 |
該物質狀态作為固态、液态、氣态之外的第四态存在 ,其集體運動行為受電磁場主導 。更多技術細節可參考核聚變研究文獻或等離子體物理學專著。
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