Plasma内の衝突過程（弾性衝突と非弾性衝突） 　　
Plasma内では、さまざまな衝突・反応が起きている。　　

「非弾性衝突（inelastic collision）」は、粒子の内部energy（電子の軌道や熱運動）が変化する複雑な衝突。非弾性衝突では、粒子の内部energyが変化して、励起、電離、解離などが起こる。　　

「弾性衝突（elastic collision）」は、内部energyが変化せず、衝突前後で運動energyと運動量が保存される。弾性衝突では、運動energyのみが交換される。　　　

弾性衝突の方が非弾性衝突より、衝突の解析は容易になる。軽い電子と重い他の粒子との弾性衝突で電子が1回に交換する運動energyはわずかである。しかし、衝突の回数は極めて多く、電子のenergy分布に影響を与える。glow放電Plasma中の電子温度は、ion温度に比べて、かなり高くなっている。これは、電子とionでは、中性粒子と弾性衝突する時の運動energyの損失割合が異なるためである。　　　
Plasma中では、ion , 電子 , 中性分子・原子間、又は、この粒子と固体壁の間で、
「非弾性衝突」が起きている。　　　
衝突反応が利用されるPlasmaは、glow放電のように、電子温度とgas温度の間で平衡状態が成立しない。　　　これは、「非平衡Plasma 」と呼ばれる。　　　
荷電粒子である電子とionの発生は、主として電子衝突による「直接電離」又は「累積電離」による。　　　しかし、準安定原子同士の衝突による電離によっても起こる。　　　
これらの荷電粒子の消滅は、主に「放射再結合」と「解離再結合」による。

  励起（exitation）と緩和（relaxation）
　　　通常、原子の電子軌道は、最もenergyが低く安定な基底状態になっている。
　　　外部から電子や光が原子に衝突すると、電子はenergy状態の高い軌道に移動する。
　　　これを「励起」という。
　　　励起状態は、不安定で、短時間（約10-8秒）に光を放出して、基底状態に戻る。
　　　これを「緩和」という。（軌道の移動のことを「遷移」という）

　　　23S1準位や21S0準位のように、基底状態への光学的遷移が禁止されている場合は寿命が長くなる。
　　　（10-2～10-5秒程度）
　　　このような励起原子の状態を「準安定状態」と呼んでいる。

　　　glow放電中にPlasmaが発光するのは、電子が衝突して励起して、その後緩和して光を出すためである。
　　　（Sheath中では、電子がほとんど無いので発光しない）
　　　励起には、3種類ある。
　　　　・電子の運動energyを用いる「電子衝突励起」
　　　　・光子energyを用いる「光励起」
　　　　・熱energyを用いる「熱励起」


  電離（ionization）
　　　励起状態より、もっと大きなenergyを外部から加えると、電子が原子から飛び出す。
　　　これが「電離」である。
　　　電離に必要な最低電圧を「電離電圧」と呼ぶ。
　　　2個以上の電子を持っている原子では、第1、第2、第3...電離電圧が存在する。

　　　電極で加速された電子が分子や原子に衝突して、外郭の電子を剥ぎ取りion化する。
　　　ここで発生した電子が、次の分子・原子に衝突して、電離がさらに進み、放電が維持される。
　　　これを「電離増殖作用（α作用）」と呼ぶ。
　　　　反応例　F + e → F+　2e

　　　電子衝突で基底状態にある原子を電離するには、電離電圧以上の電子energyが必要である。
　　　しかし、「準安定状態」の原子を電離するには、電離電圧と準安定準位の差の電子energyがあれば良い。
　　　従って、複数の電子により2段階以上で励起を行えば、低energyの電子でも電離が起こりうる。
　　　このような多段階の衝突過程での電離を「累積電離」という。
　　　　（反応例　Am　+　e　→　A+　+　2e）

　　　準安定状態にある原子Aと、その準安定準位より低い電離電圧の原子Bが衝突する場合を考える。
　　　A原子の内部energyをB原子に与えて、A原子は基底準位に戻り、B原子が電離する。
　　　これを「ペニング電離」と呼んでいる。（反応例　Am　+　B　→　A　+　B+　+　e）

　　　ペニング電離は、蛍光灯の放電開始電圧を下げるために利用されている。
　　　水銀の電離電圧が「10.4V」であるのに対し、アルゴンの準安定準位は「11.5～11.7V」付近にある。
　　　水銀蒸気にアルゴンガスをわずか（0.1～1.0％）混合するだけで、放電電圧はかなり低下する。
      　Ar　m　+ Hg → Ar + Hg+　+　e

  解離（dissociation）
　　　安定な分子に電子が衝突して、中性のradicalを生み出す過程を「解離」という。
　　　radicalは不安定で反応性が高い状態。
　　　　反応例　CF4　+ e → CF3*　+ F*　+　e

  再結合（recombination）
　　　正負の荷電粒子が結合する過程を「再結合」と呼ぶ。
　　　再結合は、起こる場所によって、「表面再結合」と「体積再結合」に分けられる。
　　 「表面再結合」は、管壁のような絶縁物の表面において起こる。
　　　低圧力の放電では、荷電粒子の損失の大きな要因となる。
　　 「体積再結合」は、空間中に分布する粒子間の衝突の時に起こる。
　　　気体の圧力が高く拡散しにくい場合に起こり易い。
　　　一般に、表面再結合と体積再結合の起こり易さは、表面再結合の方がはるかに大きい。

　　　放射再結合（rediative recombination）
　　　　ionと電子が結合する過程で、電離の逆である。
　　　　この時余ったenergyを光として放射するので、放射再結合と呼ばれる。
　　　　　反応例　F+　+ e → F + hν

　　　解離再結合（dissociative recombination）
　　　　複数原子で構成されたionに電子が衝突して、電子が結合すると共に、原子同士の結合が解離する。
　　　　そして、radicalに分かれる過程。
　　　　　反応例　(AB)+　+  e → A*　+　B*


　　　ion再結合（ion recombination）
　　　　陽ionと負ionが、coulomb力で結合し、電子を交換して、中性の原子になる過程。
　　　　　反応例　A+　+ B-　→ A + B


  電子付着（electron attachment）
　　　原子に電子が衝突して結合し、負ionができる過程を「電子付着」と呼ぶ。
　　　Halogen元素は、最外殻を飽和させるのに1つ足りない原子である。
　　　そのため、電子を1つ付着させ、最外殻電子を飽和して安定させ易い性質がある。
　　　これを「電子親和力（electron affinity）」が大きいという。
　　　電子付着が起こり易いものには、水蒸気、ハロゲン族、酸素、オゾンなどがある。
　　　負ionが生成されると、電離作用に影響を及ぼす電子を捕獲するため、絶縁破壊を起き難くする。
　　　　反応例　Cl + e → Cl-


  電荷交換（charge exchange）
　　　原子とionが衝突して、電子が原子からionに移る。
　　　そして、衝突前に原子だったものがionになり、ionだったものが原子になる過程を「電荷交換」と呼ぶ。
　　　　反応例　A+　+ B → A + B+