1、氣體放電的物理過(guò)程和氣體放電理論,氣體放電過(guò)程：,在電場(chǎng)作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 問(wèn)題的提出： 1、氣隙中帶電粒子是如何形成的？ 2、氣隙中的導(dǎo)電通道是如何形成的？ 3、氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？,一、名詞解釋： 1、電子平均自由行程 2、激勵(lì) 3、電離（碰撞電離、光電離、熱電離、陰極的表面電離） 4、復(fù)合 5、電子崩 二、自持與非自持放電 三、自持放電條件,一、名詞解釋： 電子平均自由行程,一個(gè)電子在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過(guò)的平均行程。與氣體分子的大小和密度有關(guān)。,2、激勵(lì) 原子在外界因素作用下，其電子從處在距原子核較近的低能態(tài)軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的

2、較高能態(tài)的軌道，這個(gè)過(guò)程稱為激勵(lì)。 該原子稱為激勵(lì)狀態(tài)的原子。高于正常狀態(tài)的能級(jí)均稱為激勵(lì)能級(jí)。 激勵(lì)狀態(tài)存在的時(shí)間很短(大致為10-8s)，電子將自動(dòng)返回常態(tài)軌道上，這時(shí)產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)所吸收的外加能量將以輻射能(光子)的形式放出。 如果原子獲得的外加能量足夠大，其電子將擺脫原子核的約束而成為自由電子。,3、電離 原子在外界因素作用下，其電子受到激勵(lì)擺脫原子核的約束而成為自由電子，這一現(xiàn)象稱為電離 原子被分解成兩種帶電粒子電子和正離子 使電子電離出來(lái)所需的最小能量稱為電離能。,電離形式： 1）、碰撞電離 在電場(chǎng)作用下，電子被加速而獲得動(dòng)能。當(dāng)電子的動(dòng)能滿足如下條件時(shí)，將引起碰掩電離： me電子的質(zhì)

3、量， ve電子的速度； Wi氣體分子的電離能。 碰撞電離的形成與電場(chǎng)強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān),2）光電離 當(dāng)氣體分子受到光輻射時(shí)，如光子能量滿足下面條件，將引起光電離，分解成電子和正離子： h 普朗克常數(shù) h6.62 x 10-27爾格秒。 頻率（光是頻率不同的電磁輻射，也具有 粒子性，稱為光子） 導(dǎo)致氣體光電離的光子可以由自然界（如空中的紫外線、宇宙射線等）或人為照射（如紫外線、x 射線等）提供，也可以由氣體放電過(guò)程本身產(chǎn)生。,3）熱電離 一切因氣體熱狀態(tài)引起的電離過(guò)程稱為熱電離。 包括： 隨著溫度升高氣體分子動(dòng)能增加引起的碰撞電離， 高溫下高能熱輻射光子引起的光電離。,4）金屬(陰極)

4、的表面電離： a、正離子碰撞陰極 正離子碰撞陰極時(shí)使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子。因此正離子必須碰撞出一個(gè)以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子。 b、光電效應(yīng) 金屬表面受到光的照射，當(dāng)光子的能量大于選出功時(shí)，金屬表面放射出電子。 c、強(qiáng)場(chǎng)放射（冷放射） 當(dāng)陰極附近所加外電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極放射出電子。 d、熱電子放射 當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動(dòng)能，逸出金屬。,4 、復(fù)合 正離子和負(fù)離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過(guò)程稱為復(fù)合過(guò)程。 在帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合過(guò)程會(huì)以光子的形式釋放能量，產(chǎn)生光輻射。這種光輻

5、射在一定條件下有可能成為導(dǎo)致電離的因素（如流柱理論中二次電子崩的起因）。,5、電子崩,由于光電效應(yīng)從陰極產(chǎn)生的第一個(gè)起始電子，從電場(chǎng)獲得一定動(dòng)能后，會(huì)碰撞電離出一個(gè)第二代電子，這兩個(gè)電子作為新的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，這時(shí)空間已存在四個(gè)自由電子，這樣一代一代不斷增加的過(guò)程，會(huì)使帶電質(zhì)點(diǎn)迅速增加，如同冰山上發(fā)生雪崩一樣。,二、自持與非自持放電：,1、外施電壓小于U0 時(shí)，間隙內(nèi)電流數(shù)值很小，間隙還未被擊穿， 這時(shí)電流要依靠外電離因素來(lái)維持，如果取消外電離因素，電 流將消失。這類放電稱為非自持放電。 2、當(dāng)電壓達(dá)到U0 后，氣體中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，電流劇增，其中 的電離只靠電場(chǎng)的作用

6、自行維持，不再需要外電離因素。這種 放電形式稱為自持放電。 3、 U0 稱起始電壓。在均勻電場(chǎng)中為擊穿電壓，在極不均勻電場(chǎng)中 為電暈起始電壓,三、自持放電條件： 電子電離系數(shù) ：一個(gè)電子沿著屯場(chǎng)方向行經(jīng) 1 厘米長(zhǎng)度，平均發(fā) 生的碰撞電離次數(shù)（由電離產(chǎn)生的自由電子數(shù)）。 表面電離系數(shù) ：每個(gè)正離子碰幢陰極表面平均釋放出的自由電子數(shù)。,設(shè)：一個(gè)電子從陰極行走 x 距離產(chǎn) 生的自由電子數(shù)為 n n 個(gè)電子前進(jìn) dx 產(chǎn)生的新電子數(shù)為：,所以：一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極產(chǎn)生 的電子數(shù)為：,一個(gè)電子從陰極到陽(yáng)極產(chǎn)生的正離子數(shù)為：,自持放電條件：,均勻電場(chǎng)中氣體擊穿的發(fā)展過(guò)程,氣體擊穿的兩個(gè)基本理論： 一、湯

7、遜理論（巴申定律） 二、流注理論,一、巴申定律（湯遜理論）：,湯遜理論中氣隙的擊穿過(guò)程是： 電子崩氣隙擊穿 僅適用于短間隙低氣壓的輝光放電,流注：由正負(fù)離子構(gòu)成的具有良好導(dǎo)電性的冷等離子體 放電的主要因素： 電子的碰撞電離及空間光電離（光子、短波光射線引起的空間電離），強(qiáng)調(diào)了空間電荷畸變電場(chǎng)的作用，流注是由二次電子崩匯入主崩形成的。 放電過(guò)程：主電子崩二次電子崩流注氣隙擊穿,二、流注理論：,Eex: 外加電場(chǎng) E: 正空間電荷與負(fù)極板產(chǎn)生的電場(chǎng) E：正空間電荷與負(fù)空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) E：負(fù)空間電荷與正極板產(chǎn)生的電場(chǎng) E：空間電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)與外加電場(chǎng)疊加 后的實(shí)際電場(chǎng),正粒子的遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子的遷移率