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等离子体辐射
plasma radiation
自然界和实验室的等离子体中包含电子、离子和中性原子，粒子间的相互作用以及带电粒子与电磁场的相互作用使等离子体辐射大量电磁波，包括微波、光波和x射线等。对于天体和空间的等离子体，辐射几乎是认识它们的唯一途径；对于实验室等离子体，可以通过辐射的测量，了解它的各种性质参数及运动特征。辐射是高温等离子体能量输运和耗散的重要途径，为了实现聚变反应的功率平衡，减少辐射损失是一个重要课题。
等离子体的主要辐射机制有以下4种。① 激发辐射。对于等离子体中的原子或部分电离的离子，当其中的外层电子被激发到较高能级后返回较低能级时，发出的辐射称为激发辐射。各种原子或离子有其独特的线状谱系，谱线会因多普勒效应、斯塔克效应增宽，谱线的波长、强度、轮廓、偏振都可表征等离子体的性质。②复合辐射。等离子体中的自由电子与离子碰撞复合时会释放光子，称为复合辐射。复合辐射是跃变式的连续谱，在低温时比较重要。在高温等离子体的连续辐射中复合辐射所占成分很小。③轫致辐射。等离子体中的带电粒子在库仑碰撞过程中因电子速度改变发出的辐射称为轫致辐射。轫致辐射是连续谱，一般在紫外线到 x射线范围。在聚变反应堆中，高温等离子体的轫致辐射是能量损失的重要因素，聚变反应提供的能量必须超过这一损耗才能正常运行。④ 回旋辐射。磁约束等离子体中带电 粒子在洛伦兹力作用下的回旋运动产生的辐射称为回旋辐射，主要是电子的回旋辐射。回旋辐射是线辐射，包括回旋基频及其谐波，功率较弱，接近各向同性。相对论性电子的回旋辐射称为同步辐射， 功率大， 方向性弱，集中在一个小区域内，是连续谱。同步辐射在天体物理中很重要。 |
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| 自然界和实验室的等离子体中包含电子、离子和中性原子，粒子间的相互作用以及带电粒子与电磁场的相互作用使等离子体辐射大量电磁波，包括微波、光波和X射线等。对于天体和空间的等离子体，辐射几乎是认识它们的唯一途径；对于实验室等离子体，可以通过辐射的测量，了解它的各种性质参数及运动特征。辐射是高温等离子体能量输运和耗散的重要途径，为了实现聚变反应的功率平衡，减少辐射损失是一个重要课题。 |
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| 等离子体的主要辐射机制有以下4种。① 激发辐射。对于等离子体中的原子或部分电离的离子，当其中的外层电子被激发到较高能级后返回较低能级时，发出的辐射称为激发辐射。各种原子或离子有其独特的线状谱系，谱线会因多普勒效应、斯塔克效应增宽，谱线的波长、强度、轮廓、偏振都可表征等离子体的性质。②复合辐射。等离子体中的自由电子与离子碰撞复合时会释放光子，称为复合辐射。复合辐射是跃变式的连续谱，在低温时比较重要。在高温等离子体的连续辐射中复合辐射所占成分很小。③轫致辐射。等离子体中的带电粒子在库仑碰撞过程中因电子速度改变发出的辐射称为轫致辐射。轫致辐射是连续谱，一般在紫外线到 X射线范围。在聚变反应堆中，高温等离子体的轫致辐射是能量损失的重要因素，聚变反应提供的能量必须超过这一损耗才能正常运行。④ 回旋辐射。磁约束等离子体中带电 粒子在洛伦兹力作用下的回旋运动产生的辐射称为回旋辐射，主要是电子的回旋辐射。回旋辐射是线辐射，包括回旋基频及其谐波，功率较弱，接近各向同性。相对论性电子的回旋辐射称为同步辐射， 功率大， 方向性弱，集中在一个小区域内，是连续谱。同步辐射在天体物理中很重要。 |
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等离子体辐射
plasma radiation
自然界和实验室中的等离子体中包含电子、离子，有时也有中性原子。由于这些粒子间以及它们与电磁场之间的相互作用,等离子体会辐射出大量的电磁波,其频率范围包括微波、光波和 X射线区域。在天文学中几乎完全依靠等离子体的辐射来获取知识；在实验室等离子体的研究工作中，通过对辐射的测量可以给出等离子体的许多信息，如组分、电离状态、温度、密度等；辐射又是高温等离子体能量输运和耗散的一个重要途径，因而在聚变等离子体研究中，为了实现聚变反应的功率平衡，减少辐射损失，是目前的一个重要课题。
等离子体辐射的定量分析还处于初步阶段，仅对某些特殊情况作了理论分析。如等离子体处于完全热平衡，并对辐射能完全吸收，就可以直接用黑体辐射公式来描述各种温度下的辐射谱。但是一般实验室的等离子体都不是完全吸收体，其辐射低于黑体辐射限。有些等离子体更是远离完全吸收体,如实验室的磁约束等离子体,一般都是稀薄电离气体，除在低频（如微波）部分和一些共振频率处有较强的吸收外，它对辐射几乎是完全透明的。当等离子体辐射不能简单地用黑体辐射描述时，就必须考察其具体的辐射过程，下面简介几种主要的辐射机制。
激发辐射 当等离子体中存在原子或部分电离的离子时，原子或离子的外层轨道电子可能被激发到较高能级。除亚稳态外，激发态的寿命一般短于10□秒,所以电子很快就跳回到较低能级，同时发生辐射，称为激发辐射。这是电子在束缚态之间跃迁而产生辐射，也称为束缚-束缚过程。束缚态能量都是量子化的,所以此过程所发射的光子能量是分立的，形成线光谱。各种原子或离子有其独特的线光谱系。某种元素的原子或离子相应于能级p、q之间跃迁所发射谱线的功率密度□为
□， (1)式中□为□ 阶离子（□=0为原子）处于上能级 p的粒子密度;□□为p、q能级间的自发跃迁几率;□□为p、q能级间的能量差。
式(1)中的 □由粒子的电离态和激发态的分布决定，它涉及等离子体模型。理论上根据等离子体的不同状态采用局部热平衡、日冕和碰撞辐射等模型。计算的可靠性不仅决定于模型的选取，还决定于所采用的原子参量的精度。原子参量如激发、电离和复合等截面数据或半经验表式正在不断积累和改进中，目前所达到的精度一般不高。对原子序数低的元素可能相差一倍；对原子序数高的元素可能相差10倍。
为了求得等离子体的激发辐射功率，原则上要计算出所有谱线的辐射功率之和，一般只计算一些很强的线辐射。不同元素的激发辐射则与元素的原子序数及电子温度有很大关系。一般说低温时低电离态的原子的激发辐射强；随着电子温度升高，高电离态的原子的激发辐射增强。日常所见的等离子体光源如霓虹灯就是利用激发辐射。在受控核聚变研究中，作为工作气体的氢或其同位素在电子温度高于十几个电子伏时基本上完全电离。但是等离子体中含有少量原子序数较高的杂质时，杂质的激发辐射是等离子体的最主要的辐射源。
谱线的自然宽度很窄，而引起其谱线增宽的因素主要有：多普勒效应、斯塔克效应等。谱线的波长、强度、轮廓和偏振度都可表征等离子体性质。
复合辐射 等离子体中的自由电子和离子碰撞时可能与离子复合，复合时释放光子，称为复合辐射。复合过程中电子从自由态到束缚态,因此也称为自由-束缚过程。自由电子有一个速度分布，在其被俘获时释放的能量构成一个连续谱。不过这种辐射谱是跃变式的。自由电子可能被捕获到各个能级，其辐射的光子能量 □□为
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