眾所周知，固、液、氣三態(tài)都是由分子或者原子等中性粒子構(gòu)成的，而等離子體與它們的最大不同就是含有大量的帶電粒子。那么等離子體是怎么產(chǎn)生的呢？首先需要通過(guò)電離過(guò)程，得到電子與離子，這往往發(fā)生于高溫、放電、強(qiáng)電磁場(chǎng)等特殊外部環(huán)境中，這類(lèi)環(huán)境并不適合包括人類(lèi)在內(nèi)的自然生物生存，因此等離子體在地球上無(wú)法隨時(shí)、隨處可見(jiàn)。但在浩瀚的宇宙中，美麗的星云、絢爛的恒星、廣闊的星際空間其實(shí)都是等離子體態(tài)。以太陽(yáng)為例，太陽(yáng)內(nèi)部的核心區(qū)、輻射區(qū)、對(duì)流層等是超高密度的等離子體；外部的色球?qū)?、日冕層等大氣層是密度相?duì)低一些的等離子體；日地之間的空間等離子體是超低密度的等離子體；太陽(yáng)風(fēng)暴、耀斑等現(xiàn)象都是典型的等離子體爆發(fā)現(xiàn)象。因此，等離子體也是天體物理研究的核心內(nèi)容之一。

      那地球上的等離子體在哪里？其實(shí)，地球上也存在很多等離子體，只是我們不了解或者沒(méi)有在意。等離子體產(chǎn)生的最簡(jiǎn)單方式就是放電。閃電就是自然界中最為強(qiáng)烈的放電過(guò)程之一。雷雨天氣下，不同云層因電荷積累差異形成極高的電壓差和極強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣的擊穿閾值后會(huì)產(chǎn)生等離子體通道形成電流的導(dǎo)通，放電電流可達(dá)幾十甚至上百千安，并伴隨有強(qiáng)烈的等離子體發(fā)光，這就是人們所觀察到的閃電。在極地區(qū)域，我們可以觀測(cè)到一種極其絢爛、美麗的等離子體現(xiàn)象——極光。極光是太陽(yáng)風(fēng)中的高能帶電粒子被地球磁場(chǎng)捕獲，其中一部分從磁極附近的磁場(chǎng)漏斗區(qū)深入大氣層內(nèi)部，與空氣中的分子或原子碰撞激發(fā)、電離產(chǎn)生的等離子體發(fā)光現(xiàn)象。因此，要想看到美麗的極光，必須到地球磁場(chǎng)漏斗區(qū)對(duì)應(yīng)高緯度極地地區(qū)（70~75°），例如北半球的阿拉斯加、加拿大、北歐以及南半球的新西蘭、智利等，在我國(guó)的漠河鎮(zhèn)運(yùn)氣好時(shí)也能看到。

      熱愛(ài)生活的朋友們可能會(huì)想：“市面上那些等離子體電視機(jī)、清洗機(jī)與等離子體有關(guān)嗎？”答案是肯定的。低溫等離子體在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如等離子體刻蝕、清洗、加工、消毒等。等離子體電視機(jī)曾經(jīng)火爆一時(shí)，其工作原理采用了放電等離子體技術(shù)，其顯示屏是由等離子體發(fā)光單元組成的陣列，單元內(nèi)部含有驅(qū)動(dòng)電極、惰性氣體以及紅、綠、藍(lán)三色熒光粉等。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電極間的惰性氣體放電過(guò)程改變等離子體發(fā)光參數(shù)（通常為紫外線(xiàn)），進(jìn)而改變?nèi)珶晒夥鄣臒晒猱a(chǎn)生及配比，從而得到發(fā)光單元需要的顏色。除了工業(yè)和日常生活應(yīng)用外，等離子體也是科學(xué)領(lǐng)域極為耀眼的一顆明星。科學(xué)家們一直在探索研究可控?zé)岷司圩儯追Q(chēng)人造太陽(yáng)，它被譽(yù)為未來(lái)解決能源危機(jī)的最有潛力的清潔能源之一。目前，可控?zé)岷司圩冎饕袃蓷l技術(shù)路線(xiàn)，分別是磁約束聚變和慣性約束聚變，這二者也是等離子體科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的最大推動(dòng)力。

     《鋼鐵俠》中那枚方舟反應(yīng)堆的科學(xué)原型就是磁約束聚變托卡馬克裝置。有點(diǎn)電磁學(xué)常識(shí)的朋友們應(yīng)該知道，帶電粒子在磁場(chǎng)洛倫茲力作用下做回旋運(yùn)動(dòng)。鋼鐵俠的托卡馬克裝置正是利用磁場(chǎng)對(duì)電子和離子的洛倫茲力，約束氘氚等離子體懸浮并發(fā)生氘氚核聚變反應(yīng)。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆ITER是目前最大、最先進(jìn)的托卡馬克裝置，是中、歐、美、俄、日、韓、印等主要國(guó)家共同推進(jìn)的人類(lèi)科學(xué)探險(xiǎn)項(xiàng)目。目前，ITER尚處于裝置建設(shè)階段，將為托卡馬克商用聚變堆的設(shè)計(jì)與建造提供科學(xué)和工程技術(shù)儲(chǔ)備。

慣性約束聚變（Inertial Confinement Fusion, ICF）是利用高性能驅(qū)動(dòng)器在極短的時(shí)間內(nèi)將氘氚靶丸壓縮至極端的高溫、高壓、高密狀態(tài)，誘發(fā)氘氚聚變核反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)靶丸的聚變點(diǎn)火。慣性約束聚變過(guò)程類(lèi)似于一顆微型氫彈的爆炸，點(diǎn)火條件達(dá)到令人恐怖的狀態(tài)，溫度達(dá)到幾億攝氏度，壓力達(dá)到幾萬(wàn)億個(gè)大氣壓，密度達(dá)到固體密度的幾千倍。為了紀(jì)念英國(guó)科學(xué)家J. Lawson提出的核聚變反應(yīng)堆能量平衡理論，科學(xué)界將聚變點(diǎn)火條件命名為：Lawson判據(jù)。

激光慣性約束聚變是目前國(guó)際上最為熱門(mén)的ICF方案之一，利用大能量激光裝置直接或間接輻照靶丸形成等離子體，激光與等離子體相互作用將能量沉積到靶丸內(nèi)部，通過(guò)沖擊波壓縮靶丸達(dá)到點(diǎn)火條件。2021年8月，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（National Ignition Facility, NIF）利用192束激光聚焦到氣槍子彈大小的一個(gè)靶殼（黑腔靶）里面，產(chǎn)生了人類(lèi)頭發(fā)絲直徑大小的點(diǎn)火熱斑，在納秒（10^-9秒）時(shí)間內(nèi)獲得了1.3MJ（兆焦耳）的能量輸出，首次逼近聚變點(diǎn)火能量得失相當(dāng)?shù)拈T(mén)檻，被眾多物理學(xué)家譽(yù)為聚變科學(xué)史上的歷史性時(shí)刻和里程碑式成就。

這就是絢爛的等離子體的故事，它與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活、科技密不可分，是宇宙中最為絢爛的景色之一。