プラズマの分類（プラズマの種類）

プラズマは、温度、電離度、密度など多くの特性によって記述され、その大きさ、それを記述するモデルの近似によって、さまざまに分類されるプラズマを生じさせることができます。

Pseudo-plasmas vs real plasmas

本物のプラズマは複雑な特性を持ち、複雑な現象を示すことがある。 その挙動をモデル化するために、科学者は実際のプラズマの特性を近似し単純化することがある。この疑似プラズマは、実際のプラズマの適切な表現である場合もあれば、そうでない場合もある。

冷たいプラズマ、温かいプラズマ、熱いプラズマ

実験室のグロー放電管の正列では、

「同じ数の電子とイオンからなるプラズマが存在する」。 低圧ガス放電では、電子とガス分子の衝突頻度が低いため、電子のエネルギーとガス分子のエネルギーの間に非熱的平衡が存在しない。 そのため、ガス分子のエネルギーが室温程度であるのに対し、高エネルギー粒子はほとんど電子で構成されている。 Te >> Ti >> Tgここで、Te、Ti、Tgはそれぞれ電子、イオン、ガス分子の温度である。 このようなプラズマを「低温プラズマ」と呼ぶ。 “高圧ガス放電では、電子とガス分子との衝突が頻繁に起こる。 これにより、電子とガス分子の間に熱的な平衡が生じる。 Te ≃ Tgとなります。 このようなプラズマを “ホットプラズマ “と呼んでいます。 “冷たいプラズマでは、電離の程度は10-4以下である。”

また:

「プラズマは、ほぼ完全に電離している場合は「熱い」、ガス分子のごく一部（例えば1%）だけが電離している場合は「冷たい」と呼ばれることがあるが、「熱いプラズマ」「冷たいプラズマ」という言葉の他の定義も一般的である。 冷たいプラズマでも、電子温度は通常数千センチグレイドである。”

ホットプラズマ（熱プラズマ）

局所熱力学的平衡状態（LTE）に近づくもので、ホットプラズマという。 高温プラズマは熱プラズマとも呼ばれるが、ロシアの文献では熱核融合プラズマと区別するために「低温」プラズマと呼ばれる。 このようなプラズマは、大気中のアーク、スパーク、火炎によって生成される。

冷プラズマ（非熱プラズマ）

冷プラズマは、イオンの熱運動を無視できるものである。 その結果、圧力力はなく、磁力も無視でき、電気力のみが粒子に作用すると考えられる。 低温プラズマの例としては、地球のイオノソフィア（地球の環流温度約108Kに対して約1000K）、蛍光管内の流放電、

超低温プラズマ

レーザー冷却した原子を光イオン化して形成する1K程度の低温のプラズマがある。

プラズマの電離

プラズマの電離度とは、中性粒子とイオンを含む粒子の総数に対する荷電粒子の割合で、次のように定義される。 α＝n＋／（n＋n＋） ここでnは中性粒子の数、n＋は荷電粒子の数。αはギリシャ文字のα。

プラズマの挙動を示すのに必要な度合い

ウムランS. Inanらは次のように書いています：

“ガスが電磁気特性を示し、プラズマとして振る舞うには、非常に低い電離度で十分であることがわかった：ガスは約0.1％の電離度でその可能な最大の約半分の電気伝導度を達成し、約1％の電離度で完全電離ガスのものとほぼ同じ伝導度を有した。”。

電離度が高いプラズマでは、荷電粒子衝突が支配的である。 電離度の低いプラズマでは、荷電粒子と中性粒子の衝突が支配的である。 ガスがいつプラズマになるかを決める電離度は、プラズマの種類によって異なり、10-6程度の場合もある：

「多くの種類のプラズマの中で、プラズマ処理によく用いられるのは、低温、低密度、非平衡、衝突支配の環境である」。 低温とは、通常300Kから600Kの範囲の温度を持つ「冷たい」プラズマを意味し、低密度とは、中性ガス数密度が約1013から1016分子cm-3（圧力は〜0.1〜103 Pa）で、10-6から10-1の間で弱く電離したプラズマを意味する」

また：

「数パーセントでも電離していれば中性子との衝突よりクーロン衝突の方が優位になります。 電離度が非常に低い場合(<10-3)にのみ中性衝突が支配的になる。”

Alfvén and Arrhenius also note:

「完全電離プラズマと部分電離プラズマ、あるいはその逆の間の移行は、しばしば不連続である(Lehnert, 1970b)」。 プラズマへの入力エネルギーが徐々に増加すると、電離の程度は1％の割合から完全電離へと突然ジャンプする。 ある条件下では、完全電離プラズマと弱電離プラズマの境界は非常に鋭くなる。”

完全電離プラズマ

完全電離プラズマは、電離度が1（つまり100%）に近づいている。 例：太陽風（惑星間物質）、恒星内部（太陽のコア）、核融合プラズマ

部分電離プラズマ（弱電離ガス）

部分電離プラズマは、電離の程度が1未満であることです。

オーロラは弱電離ガスと弱電離プラズマの性質を示すことがある：「夜空にオーロラを観測すると、ガスとプラズマの振る舞いの違いを顕著に、かつ壮大に示すことができる」。 微弱なオーロラは、しばしば拡散して広い範囲に広がっている。 電離した気体という図式にうまく当てはまります。 電離の程度が非常に低いので、大面積で均一な気体の物理的特性をまだ持っているのです。 しかし、他のある場合（例えば、オーロラ強度が増加した場合）には、オーロラは非常に不均質になり、多数の光線、細い弧、垂れ幕から構成され、ほとんどの磁化プラズマの基本特性を顕著に示している。”。

物理学准教授、リチャード・フィッツパトリックはこう書いています：

「ガスの非常に小さな割合が電離を受けた後に、プラズマのような振る舞いが起こることに注意してください。 このように、部分的に電離したガスは、完全に電離したガスに特徴的なエキゾチックな現象のほとんどを示すのです。”

衝突型プラズマ

非衝突型プラズマ

中性プラズマ

非中性プラズマ

プラズマ密度

中密度プラズマ

磁気型プラズマ

非磁気プラズマ

複合プラズマ

ダスティプラズマとグレインプラズマ

ダスティプラズマとは、ナノメートルあるいはマイクロメートルサイズの粒子が浮遊しているプラズマのことで、このような粒子を含むプラズマをダスティプラズマと呼びます。 粒状プラズマは、ダスティプラズマよりも大きな粒子を含むプラズマである。 2662>

コロイドプラズマ、液体プラズマ、プラズマ結晶

「プラズマ中の固体粒子の巨視的クーロン結晶が観測された。 弱電離アルゴンプラズマ中で帯電し浮遊する7μmの「ダスト」粒子の雲の画像から、六角形の結晶構造が確認された。 この結晶は肉眼でも見ることができる」

「コロイドプラズマはある条件下で、プラズマの本質的な性質を保ったまま、液体と結晶状態に「凝縮」することがある。 この「プラズマ凝縮」は、したがって新しい物質状態につながる。 「液体プラズマ」と「プラズマ結晶」である。 この実験的発見は1994年に初めて報告された。

「液体相と結晶相は、いわゆる複合プラズマ（ナノからマイクロメートル範囲の固体粒子を豊富に含むプラズマ）で形成することができる。 この粒子は電子やイオンを吸収し、数ボルトまでマイナスに帯電する。 電子やイオンに比べて質量が大きいため、粒子はプラズマ中のプロセスを支配し、最も基本的な運動論的レベルで観察することができる。 粒子間の強いクーロン相互作用により、粒子雲は流体や結晶構造を形成することが可能である。 後者は「プラズマ結晶」と呼ばれる。”

アクティブプラズマとパッシブプラズマ

Hannes Alfvénは書いている：

「パッシブプラズマ領域、これは古典的な流体力学理論によって記述することができます。 それらは波や高エネルギー荷電粒子を伝達するが、電界整列電流がある値を超えると、それらに伝達される。 アクティブプラズマ領域。 これらは、数サイクロトロン半径までの厚さのフィラメント状またはシート状の構造（イオン性または電子性）を与える磁場配向電流を運ぶ。 この領域は、ある領域から別の領域へエネルギーを伝達し、粒子を高エネルギーに加速する電気二重層を生成する。 活動領域は電磁気学的な理論では記述できない。 境界条件は不可欠であり、回路理論によって導入することができる」

Alfvén continues:

Passive plasma

“These regions may transmit different kinds of plasma waves and flow of high energy particles. “これらの領域は、異なる種類のプラズマ波と高エネルギー粒子の流れを伝えることができる。 磁場に垂直な過渡電流がプラズマの運動状態を変えるかもしれないが、必ずしも強い電場と磁場に平行な電流を伴うとは限らない。 この種のプラズマは、空間の大部分を満たしている。”

アクティブプラズマ

“受動的なプラズマ領域のほかに、フィラメント電流やシート電流が流れる小さいが非常に重要な領域もある（Alfvén, 1977a）。 エネルギーを伝達し、受動的なプラズマの異なる領域の間に鋭い境界を作ることによって、それらは宇宙でのプラズマの全体的な挙動にとって決定的な重要性を持つ。 このような領域には、プラズマケーブルと境界電流シートと呼ばれる、2つの異なる-しかし多少関連した-タイプがある。

理想プラズマと非理想プラズマ

理想プラズマはクーロン衝突が無視できるもので、それ以外は非理想プラズマである

「低密度では、低温で一部電離したプラズマは電子、原子、イオンの理想気体の混合物とみなすことができます。 粒子は熱速度で、主に直進経路に沿って移動し、たまにしか互いに衝突しない。 つまり、自由行程の時間は粒子間相互作用の時間よりも大きいことが証明される。 密度が高くなると、粒子間の平均距離が短くなり、粒子は互いに、つまり周囲の粒子の場の中で相互作用する時間がさらに長くなり始める。 このような条件下では、粒子間相互作用の平均エネルギーは増加する。 このエネルギーが熱運動の平均運動エネルギーと同等になると、プラズマは非理想的になる」

高エネルギー密度プラズマ（HEDプラズマ）