甚麼是電漿？從閃電、螢光燈和半導體理解“第四態”

閃電、螢光燈、太陽，以及核融合實驗裝置：連接這些外觀與規模截然不同事物的詞，是“電漿”。它看似只是未來發電的專業術語，其實早已與照明和製造業相關。首先要理解的是，電漿既不是某種特殊物質的商品名稱，也不是能量本身的名稱，而是描述物質狀態的詞語。

我們周圍的物質由原子組成。原子包含帶正電的原子核和帶負電的電子。通過熱或電等向氣體提供能量後，部分電子會脫離原子或分子，開始自由運動。失去電子的一方留下正離子。這種包含自由電子與離子的氣體狀態，就是電漿的基本特徵。粒子通過電磁力表現出集體行為，也是其特點。

電子脫離稱為“電離”。並不需要所有原子都電離，未電離的中性粒子也可以同時存在。電子與離子分別帶電，也不意味著整個電漿必然具有很大的淨電荷。

電漿被稱為固態、液態、氣態之後的“第四態”，是因為這些電學性質使它表現出不同於普通氣體的行為。美國能源部電漿解說

閃電中，空氣裡形成電流通道，產生電漿。螢光燈管內也通過放電產生電漿。兩者的共同點，是自由運動的電子與離子參與電流。

另一方面，極光是到達地球高空的帶電粒子與大氣粒子碰撞產生的光。封面照片是2025年6月12日從國際空間站拍攝的南極一側極光，是能夠直觀看到地球周圍電漿與大氣相互作用的例子。極光的形成機制

電漿受電場與磁場影響。這一性質是實驗室研究其運動和控制其形狀的起點。不過，“所有發光的東西都是電漿”並不準確，應當區分發光機制與粒子是否電離。PPPL基礎解說

在融合文章中看到1億度，可能會以為所有電漿都熱得難以想像。但不同用途下，粒子的狀態差異很大。

低溫電漿中，電子可以具有很高能量，而氣體整體仍保持相對較低的溫度，因為電子與重粒子的溫度並不相同。“低溫”不意味著包括電子在內的一切都冷，“存在高溫電子”也不意味著被處理物體達到同樣溫度。低溫電漿基礎講義

美國能源部說明，低溫電漿中有部分電離的類型，也有氣體溫度接近室溫的例子。因此，當電漿解說提到溫度時，務必確認“是哪些粒子、哪個部分的溫度”。

電漿早已在半導體製造中發揮重要作用。例如，“蝕刻”是去除選定材料、形成精細形狀的加工過程，可以利用電漿粒子與材料表面的反應等實現。

美國國家標準與技術研究院（NIST）公開介紹的深矽蝕刻設備就是實例。它是使用電感耦合電漿的反應離子蝕刻設備，用於在矽中形成深結構。這不是融合堆或發電設備，而是材料加工裝置。NIST設備解說

企業聲稱“擁有電漿技術”時，也需要進一步看這種技術實現甚麼：加工材料、處理表面，還是創造融合反應條件？所用氣體、壓力、所需電源和測量方法不同，產品所需性能也會改變。

電離是電子離開原子；融合則是輕原子核相互反應，變成其他原子核。這是兩種不同現象。螢光燈中形成電漿，並不意味著在進行融合發電。

融合研究要創造使電漿中燃料原子核容易反應的條件，並掌握操控這種狀態的方法。因此，產生電漿、引發足夠的融合反應，以及作為電站對外供電，屬於不同階段。

閱讀產業新聞時，首先區分“物質的狀態”“正在發生的反應”和“裝置的目的”。理解電漿這一共同概念，就能把照明、半導體和融合聯繫起來，同時不忽略各自的技術差異。