本发明公开了一种低温等离子体歧化反应单元，包括U型管，以及在其直管段设置的双介质棒‑筒式阻挡放电结构，顶端设置双陶瓷片+有机绝缘介质相结合的密封件。还提出了一种基于反应单元的歧化反应器，主要包括依次顺序连接并位于保温层内的过滤器、流量控制器、第一氧分析仪、第一缓冲罐、第二氧分析仪、低温等离子体歧化反应单元、第二缓冲罐。最后还提出了一种基于歧化反应器的歧化反应方法，主要包括净化、流量控制、氧分析排除氢爆、低温等离子歧化反应、气体组分分析评估反应效率。所述歧化反应单元、反应器以及反应方法能够实现低温歧化反应，无贵金属催化剂脱落、含氚废物产生的问题，同时转换效率高、反应速度快，运行成本低。