科学技術と共に歩む

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物質は温度が上がると，固体，液体，気体と状態が変化する。さらに高温になると，「プラズマ」と呼ばれる第4の状態となり，これは地上から宇宙に及ぶまで広い範囲で見られる。例えば，自然現象として観察できるプラズマとしては，地球から遠い宇宙へ向かって，火花，雷，オーロラ，電離層，太陽，恒星，銀河群／銀河団がある。より身近な例としては，ローソク，蛍光灯，ガス着火装置などがあり，プラズマが直接見えている。プラズマを応用した技術は，半導体（作製），環境（空気・水の浄化など），核融合（発電），プラズマを用いた電気推進ロケットや，最近では医療や農業関連まで，多くの領域に展開されており，現代生活に欠かせない。

すなわち，現在の「プラズマ」は，従来のプラズマ物理学，プラズマ工学，放電工学などの枠を超え，広域プラズマ科学と呼べるまでに発展しており，21世紀の重点研究分野とも密接に絡んでいる。しかし，このようにプラズマは重要な役割を果たしているにもかかわらず，他分野と比較して目立たず，基本的なプラズマの性質や物理現象については意外と知られていない。

本書は，このプラズマを基礎から丁寧に解説し，広域プラズマ科学分野に興味のある方々に役立つように留意した。おもな対象者として，大学学部3年生以上や大学院修士課程学生を想定している。また，プラズマ研究歴が浅い研究者や他分野の方にも役立つよう執筆した。本書を読む前提として，電磁気，力学，簡単な数学の知識がある事を期待しているが，基本的には，本書を読むだけで内容を理解できるようにした。例えば，電磁気や数学の基礎などは，付録にあるので参照できる。

本書では，幅広くわかりやすく，系統的な記述を目指した。さらに，従来の教科書とは異なり，執筆のうえで幅広い視点を保つよう留意し，特定の分野に偏った記述を避けた。プラズマの基礎分野を幅広く扱い，初学者が理解に困る点にもわかりやすい説明を加え，物理や自然科学分野の共通性や現象についても意識して記述している。低温プラズマの基礎・応用から，核融合で代表される高温プラズマまでに至る著者の長年の研究・教育経験をベースとして，限られた紙面の中で，理解しやすくかつバランスのとれた内容となるよう構成した。

また，入手しやすい文献（Webでダウンロード可能なものも含む）も多く引用，紹介した。便利なQRコード（（株）デンソーウェーブの登録商標）も表示した。文献のURLは，すべて2026年6月時点での情報である。参照しやすいように，付録には実験例を含むユニークな解説，換算式，表や図なども盛り込んだ。他書ではほとんど見られないが，カラーの口絵で種々の分野の興味あるプラズマの例を紹介した。さらに，本書で扱う変数や記号については，途中から読み始めても理解しやすいように本書の冒頭にまとめている。もちろん，充実した索引も本書の最後に付した。

冗長を避けるため，補足的な説明は脚注に記している。内容は，追加の理解や簡単な問題・演習に役立つ式の変形，物理量の典型的数値，参考内容（進展した内容や最近の話題も含む）などである。さらに，読者の興味や学習背景によってはやや発展的で難しいかもしれない節や項には※記号を付して示した。逆に，より一層興味を持った読者には，多くの参考文献や脚注，※を付した節や項が発展的内容の学習に役立つと考えられる。読者のレベルと興味に応じて，取捨選択されたい。

今後の学習に役立つため，英語の学術表記も必要な箇所に挿入した。本書では基本的には国際単位系（SI）を用いたが，一部慣例（密度や圧力など）として，CGS系が使われているのは容赦されたい。電場／磁場については電界／磁界の表現もあるが，前者の「場」を用いた。磁束密度Bと磁場Hについては，単に磁場と書いた場合は，本書でも混同がなければBで使う場合もある。

本書の構成を簡単に述べる。1章から3章では，プラズマの基本的性質を紹介する。4章と5章では，プラズマの粒子と流体としての特長をそれぞれ解説し，発展的内容として6章と7章では，平衡と安定性，およびプラズマ波動についてそれぞれ説明した。類書では見られない特徴として，8章ではプラズマ診断，9章では種々のプラズマ研究の現状や展望について触れている。プラズマ基礎の入り口と，種々に展開されている現状をひとまず簡単に知りたい場合には，1章と9章をまず読むと参考になる。なお，本書は著者の英語専門書（High-Density Helicon Plasma Science–From Basics to Applications, Springer（2022））の前半部の，プラズマの基礎部分を参照しつつ，よりわかりやすく大幅に加筆・補筆した内容となっている。

執筆にあたり，貴重なコメントをいただいた，東海大学・谷川隆夫名誉教授，九州大学・羽田亨名誉教授／松清修一教授／諌山翔伍助教，中部大学・桑原大介准教授，神戸大学・古川武留助教の各先生に感謝します。口絵資料にご協力くださいました多くの方々にも謝意を表します。長年の私の研究・教育にご助言，ご協力をいただき支えてくださった方々，および多くの参考文献の著者の方々にもお礼を申し上げます。コロナ社には，最初から最後まで辛抱強くご尽力くださりお世話になりました。最後に，妻の長年のサポートに感謝する。

2026年6月
篠原 俊二郎