任何物质,在较低温度下是固体,温度升高就变成液体和气体。虽然不同物质在不同压力下熔化和汽化的温度不同,但随着温度的升高,物质都要由固体变成液体和气体。这就使人们去考虑,当气体的温度进一步升高时,情况怎样呢?
我们平时见到的气体,是由分子组成的,称为分子气体。随着气体温度的升高,气体分子的互相碰撞加剧,分子被碰碎了,成为单个的气体原子,这就是原子气体。原子气体的温度进一步升高,由于碰撞的加剧,原子外的电子,首先是一部分被碰掉,成为自由电子与离子的混合物。当温度继续上升,原子核外的全部电子被碰掉,成为自由电子与完全电离了的裸露的原子核的混合物。无论是部分电离或完全电离,在一个小的体积单元内,正离子或带正电的原子核的带电量,与自由电子的带电量是相等的,因此呈电中性。这些气体,称等离子体。前者称部分等离子体,后者称完全等离子体。氢气大约在几千摄氏度开始少量电离,到10万度左右就可以成为完全等离子体。
这种高温等离子体不能用容器来容纳,而要采用特殊的办法来约束。由于太阳质量比地球大33万倍,它所产生的巨大的引力,可以将太阳上的等离子体约束在一起。地球上的引力太小,因此太阳及其他恒星上能在自然条件下产生的聚变,在地球引力的条件下无法来实现。