1.1.3放電中粒子間的碰撞
1.1.3.1碰撞截麵和速率係數
（1）碰撞截麵
若放電空間中的電子和中性粒子之間相互靠近到一定距離時，彼此之間發生了能量交換，就被認為在兩個或以上粒子間發生了碰撞。發生某種碰撞（彈性碰撞、激發碰撞、電離碰撞、複合碰撞等）的可能性取決於發生該種碰撞的碰撞截麵σ，截麵越大，則表明發生該種碰撞的可能性越大。碰撞截麵的大小取決於相碰粒子之間的相對速度υ，故被寫成σ（υ）。
（2）速率係數
速率係數為每對碰撞粒子單位時間單位體積中發生某一特定過程的次數。因各種過程有著不同的速率係數，所以速率係數是等離子體的特征常數。
若設想一束濃度為n、速度為υ的入射粒子射入濃度為N的受碰粒子中，碰撞截麵為σ（υ），在dt時間內的碰撞次數為Nσ（υ）υdt，碰撞頻率為Nσ（υ）υ。
1.1.3.2彈性碰撞和非彈性碰撞
根據碰撞時粒子間動量和動能的交換狀況，可將碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞兩大類。
（1）彈性碰撞
碰撞前粒子的總動量和總動能與碰撞後的相同，碰撞粒子間隻有動量和動能的交換，碰撞粒子的內能不變。一般情況下，氣體粒子和電子的能量較低，它們之間的碰撞基本上為彈性碰撞。對於慢速電子和中性原子的彈性碰撞，可以算得，一次碰撞中電子轉移給原子的能量的百分比δ平均約為2me/M。例如，對於電子和氬氣原子的碰撞，δ=0.0027％。對於能量為1eV（1eV=1.6×10-19J）的電子，在133.32Pa氣壓下的氣體中，可以算得，每秒的碰撞次數可達109次。因此，盡管在一次彈性碰撞中所轉移的能量是很小的，但每秒鍾內的碰撞次數極高，通過彈性碰撞從電子到原子總的能量轉移仍是相當大的。轉移給氣體原子的能量以氣體溫度的升高表現出來，溫度一直升高到氣體從電子所獲得的能量等於它們損失給環境的能量時為止。在氣體放電中，通過彈性碰撞由電子轉移給氣體粒子的能量稱為放電的氣體損耗或體積損耗。氣體損耗和氣體的氣壓有關，氣壓越高，碰撞越頻繁，氣體損耗越大；氣體損耗也取決於氣體粒子的重量，分子量或原子量越小，損耗越大。電子和氖氣原子相碰撞時的氣體損耗大於電子和氬氣原子碰撞時的氣體損耗。
（2）非彈性碰撞
碰撞後碰撞粒子的總動能不再守恒，碰撞粒子的內能也發生了變化。例如高速電子和中性原子碰撞時，電子的動能有可能轉化成中性原子的內能。在非彈性碰撞中，根據碰撞粒子內能的變化情況，可分為兩大類：第一類非彈性碰撞和第二類非彈性碰撞。第一類非彈性碰撞是指參加碰撞的粒子碰撞後總的動能減少，而使一個粒子的內能增加；第二類非彈性碰撞是指參加碰撞粒子中的一個在碰撞時釋出內能，使一個被碰粒子的動能和內能增加。
實際上，在氣體放電中，電子、離子和中性氣體原子間的大量碰撞既有彈性碰撞也有非彈性碰撞。當相碰粒子的能量較小時，大多數的碰撞是彈性碰撞，僅當碰撞粒子中的一個具有很大的動能時，才發生非彈性碰撞。
1.1.3.3原子的受激和電離
當氣體原子受到外界因素作用時（如受到高速電子的碰撞、光的照射等），原子最外層的價電子吸收大於或等於eVex的能量時，它有可能從平常所處的基態躍遷到較高的激發態，這就稱之為激發，這種激發了的原子稱為受激原子；當一個基態原子或受激原子吸收大於或等於eVi能量而從基態或激發態升高到連續能量狀態時，價電子有可能從受束縛狀態變成自由電子，這個原子就成為帶一個正電荷的一價正離子，這就稱之為電離。在低氣壓放電中，激發和電離過程都經碰撞而發生，激發截麵和電離截麵越大，則發生激發和電離過程的幾率越高。
（1）電子與原子碰撞致原子受激和電離
在低氣壓放電的條件下，氣體粒子速度低，而電子可從電場獲得能量，成為高速電子。隻要電子的動能大於原子的激發能和電離能，就有可能使原子激發和電離。
（2）受激原子與原子碰撞致原子電離——潘寧效應
A*受激原子與B原子相碰撞，把自己的激發能轉移給B原子，使B原子電離。電離過程中產生的多餘能量ΔE轉化為電子的動能。這裏，A*的激發能應大於或至少等於B原子的電離能。實驗發現，A*的激發能越是接近於B原子的電離能，這種激發轉移的幾率就越大。一般說來，A*是亞穩態，因它能在該激發態上停留較長的時間，這就允許它與B原子有足夠長的相互作用時間，因此發生潘寧效應的幾率就大了。
在氖-氬混合氣中，就會發生潘寧效應。氖氣原子的亞穩態3P2的激發電位為16.53V，氬原子的電離電位為15.75V，若在氖氣中摻入少量（1%）氬氣，因亞穩態氖氣原子的激發能接近氬氣原子的電離能，通過碰撞，就可以使氬氣原子電離。
1.1.3.4帶電粒子的複合
在氣體放電中，帶電粒子除了不斷產生以外，還在不斷消失。通常稱帶電粒子在放電空間中消失的過程為消電離，而複合過程則是消電離的最主要的一種形式。
正負帶電粒子相互作用形成中性粒子的複合過程是電離過程的逆過程，電子和正離子相互作用而形成一個中性粒子的複合叫做電子-離子複合。
1.1.4帶電粒子在氣體中的運動
1.1.4.1帶電粒子的熱運動
在1.1.1節中講述了氣體粒子的熱運動。在沒有電場和磁場作用的情況下，若帶電粒子（電子和離子）的濃度很低，則可以將帶電粒子看作是混入中性氣體粒子中的雜質，它和中性粒子一樣不停地進行著無規則的熱運動，故可認為帶電粒子的熱運動遵循氣體分子運動的理論。由於電子的質量極小，它們的平均速度比離子的大很多，因此，電子的運動的影響被主要考慮。通過電子-電子間的頻繁碰撞（長程相互作用），電子間充分地交換能量；另外，電子和中性粒子間也發生頻繁碰撞，不斷改變電子運動的速度和方向。大量電子通過和各種粒子頻繁碰撞而作無規則熱運動的速度分布基本上服從麥克斯韋分布（僅高速電子數比分布所要求的數目略少）。與氣體溫度相仿，電子氣無規則熱運動的能量也可以由溫度（電子溫度）Te來表征。
1.1.4.2帶電粒子的擴散運動
與氣體粒子在氣體中的擴散一樣，在無外場和帶電粒子之間的相互作用可忽略的空間中，帶電粒子在氣體中也會因其空間濃度的不均勻而靠雜亂無章的熱運動而散布到整個空間的任何地方。
1.1.4.3帶電粒子的遷移運動
當氣體中存在著強度為E的電場時，帶電粒子的運動與它們在無場空間中的無規則熱運動是不同的。此時，它們的運動可看作是在無規則熱運動的基礎上又疊加上沿電場方向的定向運動，這個方向性的運動稱為遷移運動。在均勻電場作用下，帶電粒子在兩次連續碰撞之間所走的路程已不再是直線，而是拋物線。
在電場作用下，帶電粒子一方麵從電場得到能量，獲得速度；另一方麵，通過和氣體原子發生碰撞而改變運動方向。在每一次碰撞時，帶電粒子將在電場方向失去很大一部分速度。最終，當它們從電場得到的能量等於它們因碰撞所損失的能量時，它們的能量不再隨時間而變，運動達到了穩定狀態。此時，帶電粒子定向運動的平均速度成為一個常數。通常把帶電粒子在電場方向的定向運動的平均速度稱為遷移速度。由上麵的分析可知，帶電粒子的平均遷移速度與電場強度成正比，而和氣體的濃度成反比。