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1、气体放电的物理过程和气体放电理论,气体放电过程：,在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程。 问题的提出： 1、气隙中带电粒子是如何形成的？ 2、气隙中的导电通道是如何形成的？ 3、气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？,一、名词解释： 1、电子平均自由行程 2、激励 3、电离（碰撞电离、光电离、热电离、阴极的表面电离） 4、复合 5、电子崩 二、自持与非自持放电 三、自持放电条件,一、名词解释： 电子平均自由行程,一个电子在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通过的平均行程。与气体分子的大小和密度有关。,2、激励 原子在外界因素作用下，其电子从处在距原子核较近的低能态轨道跃迁到离核较远的
2、较高能态的轨道，这个过程称为激励。 该原子称为激励状态的原子。高于正常状态的能级均称为激励能级。 激励状态存在的时间很短(大致为10-8s)，电子将自动返回常态轨道上，这时产生激励时所吸收的外加能量将以辐射能(光子)的形式放出。 如果原子获得的外加能量足够大，其电子将摆脱原子核的约束而成为自由电子。,3、电离 原子在外界因素作用下，其电子受到激励摆脱原子核的约束而成为自由电子，这一现象称为电离 原子被分解成两种带电粒子电子和正离子 使电子电离出来所需的最小能量称为电离能。,电离形式： 1）、碰撞电离 在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的动能满足如下条件时，将引起碰掩电离： me电子的质
3、量， ve电子的速度； Wi气体分子的电离能。 碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关,2）光电离 当气体分子受到光辐射时，如光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子和正离子： h 普朗克常数 h6.62 x 10-27尔格秒。 频率（光是频率不同的电磁辐射，也具有 粒子性，称为光子） 导致气体光电离的光子可以由自然界（如空中的紫外线、宇宙射线等）或人为照射（如紫外线、x 射线等）提供，也可以由气体放电过程本身产生。,3）热电离 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 包括： 随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离， 高温下高能热辐射光子引起的光电离。,4）金属(阴极)
4、的表面电离： a、正离子碰撞阴极 正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出一个以上电子时才能出现自由电子。 b、光电效应 金属表面受到光的照射，当光子的能量大于选出功时，金属表面放射出电子。 c、强场放射（冷放射） 当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。 d、热电子放射 当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属。,4 、复合 正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程称为复合过程。 在带电质点的复合过程会以光子的形式释放能量，产生光辐射。这种光辐
5、射在一定条件下有可能成为导致电离的因素（如流柱理论中二次电子崩的起因）。,5、电子崩,由于光电效应从阴极产生的第一个起始电子，从电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子，这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子，这样一代一代不断增加的过程，会使带电质点迅速增加，如同冰山上发生雪崩一样。,二、自持与非自持放电：,1、外施电压小于U0 时，间隙内电流数值很小，间隙还未被击穿， 这时电流要依靠外电离因素来维持，如果取消外电离因素，电 流将消失。这类放电称为非自持放电。 2、当电压达到U0 后，气体中发生了强烈的电离，电流剧增，其中 的电离只靠电场的作用
6、自行维持，不再需要外电离因素。这种 放电形式称为自持放电。 3、 U0 称起始电压。在均匀电场中为击穿电压，在极不均匀电场中 为电晕起始电压,三、自持放电条件： 电子电离系数 ：一个电子沿着屯场方向行经 1 厘米长度，平均发 生的碰撞电离次数（由电离产生的自由电子数）。 表面电离系数 ：每个正离子碰幢阴极表面平均释放出的自由电子数。,设：一个电子从阴极行走 x 距离产 生的自由电子数为 n n 个电子前进 dx 产生的新电子数为：,所以：一个电子从阴极到阳极产生 的电子数为：,一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：,自持放电条件：,均匀电场中气体击穿的发展过程,气体击穿的两个基本理论： 一、汤
7、逊理论（巴申定律） 二、流注理论,一、巴申定律（汤逊理论）：,汤逊理论中气隙的击穿过程是： 电子崩气隙击穿 仅适用于短间隙低气压的辉光放电,流注：由正负离子构成的具有良好导电性的冷等离子体 放电的主要因素： 电子的碰撞电离及空间光电离（光子、短波光射线引起的空间电离），强调了空间电荷畸变电场的作用，流注是由二次电子崩汇入主崩形成的。 放电过程：主电子崩二次电子崩流注气隙击穿,二、流注理论：,Eex: 外加电场 E: 正空间电荷与负极板产生的电场 E：正空间电荷与负空间电荷产生的电场 E：负空间电荷与正极板产生的电场 E：空间电荷产生的电场与外加电场叠加 后的实际电场,正粒子的迁移率远远小于电子的迁移率,1、正流注的产生,当外施电压为气隙最低击穿电压时,2、负流注的产生,当外施电压比气隙的 最低击穿电压高出许多时， 间隙中的强电场足可以引 起光电离，从而产生二次 电子崩，形成流注。,The End Thank You,