“快看，这就是物质的第四态”“放电等离子体太绚烂了”“宇宙中那么多的可见物质都是等离子体，太神妙了”“神奇的等离子体近在眼前，简直太酷了”……西安交通大学附属中学的同学们走进放电等离子体主题科普平台，沉浸式体验等离子体的神奇魅力，一起揭开等离子体的神秘面纱。
近日，面向青少年的放电等离子体科普平台展览活动在西安交通大学兴庆校区陕西省高压放电与等离子体工程技术研究中心举行，来自西安交通大学附属中学初、高中部的60余位同学走进放电等离子体主题科普展馆。本次科普展活动由西安交通大学电气工程学院和西安交通大学附属中学联合主办，国家自然科学基金委员会提供项目资助，电工材料电气绝缘全国重点实验室、陕西省高压放电与等离子体工程技术研究中心、先进高电压与等离子体技术研究中心提供技术上的支持。西安交通大学电气工程学院张冠军教授、附属中学高中部物理学科中心主任于勇老师和初中部物理学科中心主任王志华老师带领同学们走进以放电等离子体为主题的科普展示平台，一起了解物质第四态等离子体的概念与科学史，沉浸式欣赏等离子体的绚烂光影。
张冠军教授对附中师生的到来表示欢迎，他简要介绍了本次科普参观活动的主题内容。张教授根据中学生的知识水平和思维特点，从常见的固态、液态和气态三种物质状态概念出发，利用闪电和相机闪光灯的例子引出第四态物质——等离子体。张教授告诉同学们等离子体“远在天边、近在眼前”，宇宙中99%的可见物质都是等离子体，在社会生产生活中也常见放电等离子体技术的身影，本次科普活动带领同学们认识等离子体的物质状态，了解放电等离子体的特性与应用，感受它们的神奇魅力。
参观的第一个环节是放电等离子体科学历史的认识，科普小组成员向同学们介绍了从19世纪初至20世纪中期的近150年间，科学家们从发现和思考神秘的物质第四态的电、磁、光、热特性，到实验探究其本质，再到建立定量测量方法和理论体系来支撑等离子体学科发展的历程，涉及法拉第对发光态物质的启蒙思考（1816年）、盖斯勒开发低气压线年）、克鲁克斯讨论物质第四态概念（1879年）、汤姆森证实阴极射线年）、汤森提出气体放电的电子雪崩理论（1903年）、伯克兰提出等离子体在宇宙中无处不在的猜想和大气电流理论（1913年）、朗缪尔提出“等离子体（Plasma）”概念（1928年）、雷特等人提出流注放电理论（1940年）、阿尔芬预言磁流体动力学波的存在（1942年）等。目前，等离子体技术应用涉及多个重要前沿领域，对于解决本世纪人类社会面临的健康、能源、环境、材料、宇航等全局性和共性问题具备极其重大意义。
在参观的第二个环节，科普小组成员向参观同学全面地展示了如何利用多种形式的气体放电来产生等离子体，同学们在放电等离子体展示平台内沉浸式地观察气体放电等离子体的绚烂光彩，包括低气压辉光放电管、低气压辉光放电球、特斯拉线圈激励的尖端电晕放电、Marx脉冲发生器激励的火花放电、滑动弧放电、大尺度介质阻挡放电、空气等离子体射流放电等。通过系列的放电演示装置，同学们了解了科学家们如何发现放电等离子体，以及如何利用气体放电产生等离子体的技术演进历程。同时，沉浸式的暗室参观充分体现了放电等离子体中绚烂的发光特性，具有极强的视觉上的冲击感和互动趣味性。
接下来的第三个环节是放电等离子体技术应用的演示，小组成员利用课题组前期在放电等离子体技术应用项目中积累的装置，通过空气消毒灭菌、三废处理、绿色农业、书籍消毒等案例，向同学们直观地展示了如何设计和产生人造等离子体来解决实际工程问题的路径方法，阐述了技术开发者在面对工、农、医等方向不同的实际的需求与问题时所进行的设计适配与效果优化工作，丰富学生对放电等离子体技术应用的想象空间，启发其思考怎么样利用该技术来解决生活中的其他问题。
第四个环节是历次工业革命中涌现出的放电等离子体的技术应用，阐述了放电等离子体技术与工业革命之间“相互迭代、螺旋上升”的特征关系——人类对放电等离子体的认识和利用，无形中为推动工业革命演进做出了重要贡献，而历次工业革命中其他领域的技术发展也反过来推动了放电等离子体技术的进步。
于勇老师从高中生掌握的物理知识出发，结合现场展示的放电等离子体科普装置，为同学们解释了特斯拉线圈放电产生的反冲现象，与同学们一起探讨了焰色反应与稀有气体放电等离子体发光有何异同、静电球中放电通道为什么呈分支状并不断运动等问题。于勇老师鼓励同学们积极思考放电等离子体现象背后蕴含的物理和化学知识，在实践参观中学习新的知识，拓宽知识面，培养自主学习和主动思考的能力。
附中于勇老师通过将等离子体中电离、发光、电离风等现象与高中物理化学知识结合来启发同学们思考
在自由活动环节，同学们自主观察学习了各自感兴趣的展板内容和演示装置，小组成员积极为大家答疑解惑。同时，参观的同学纷纷在打卡处拍照留念，并向现场负责知识讲解和放电演示的老师和研究生同学表示感谢。
等离子体作为物质固、液和气三态之外的第四态，与第四次工业革命、现代高科技突破和人们日常生活紧密相关。随着等离子体与各学科的交叉融合与发展，等离子体技术将更加深刻地影响与改变着人类生活，因此相关知识的科学普及显得很重要。为引导青少年接触和理解放电等离子体这一前沿领域，激发学生的好奇心、想象力和科学兴趣，提升我国青少年素质教育水平，本团队长期致力于放电等离子体科普工作。自2020年以来，团队面向本科生开设了校级通识类选修课“等离子体与科学技术创新”，通过基础知识讲授、典型案例介绍、等离子体企业专家分享、学生动手实验等环节，让同学们认识、了解等离子体科学与技术，截止目前已开课5次，受到同学们的普遍欢迎。2022年由西安交通大学和交大附中合作申报的《放电等离子体技术的青少年科学传播》科普专项，获国家自然科学基金科技活动项目资助。该项目采用大学科研人员和中学教师交叉合作的模式，开展放电等离子体科普展示平台建设与开放、科普知识讲座、系列科普短文撰写和系列科普短视频制作等工作，利用微信公众号“高压放电与等离子体HVDP”和B站“xjtuhvdp”线上推送科普作品、线下/线上举办科普讲座、线下参观科普实验展示平台和鼓励青少年参加科研项目等途径开展科学传播。本项目自2023年1月开始执行，小组成员利用课题组前期在放电等离子体方向的科研积累，半年时间建起了面向青少年学生的多层次放电等离子体科普平台，此次科普参观活动是本科普项目的首批参观活动，后续团队将会邀请更多的青少年学生、老师和家长进入科普场地参观，逐渐向社会大众开放。
习指出，“科学技术创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科学技术创新同等重要的位置。”在未来，本科普团队将长期致力于放电等离子体技术的科学传播工作，引导社会大众，尤其是青少年正确地认识等离子体，为等离子体相关科学研究和技术应用创造良好氛围，让科技成果更快地普及广大人民群众。
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