氣體放電機理

氣體放電機理

氣體放電機理包括幾种放電機理假說(有經典流注機理、電子崩鏈模型、逃逸電子模型等等),說明了氣體放電的基本原理。

基本介紹

  • 中文名:氣體放電機理
  • 外文名:Gas discharge mechanism
  • 一級學科:工程技術
  • 二級學科:能源技術
  • 作用:說明了氣體放電的基本原理
  • 類型:經典流注機理、電子崩鏈模型等
氣體放電,流注理論,電子崩,逃逸電子模型,

氣體放電

乾燥氣體通常是良好的絕緣體,但當氣體中存在自由帶電粒子時,它就變為電的導體。這時如在氣體中安置兩個電極並加上電壓,就有電流通過氣體,這個現象稱為氣體放電。依氣體壓力、施加電壓、電極形狀、電源頻率的不同,氣體放電有多種多樣的形式。主要的形式有暗放電、輝光放電電弧放電電暈放電火花放電、高頻放電等。20世紀70年代以來雷射導引放電、電子束維持放電等新的放電形式,也日益受到人們的重視。

流注理論

關於氣體電擊穿機理的一種理論。由R.瑞特與J.M.米克於1937年提出。湯森理論奠定了氣體放電的理論基礎,但是隨著氣體放電研究的發展,有些現象只由湯森理論難以解釋,例如放電發展的速度比碰撞電離快,放電通道是不均勻的而呈折線形狀,因此需要尋求其他理論。流注理論就是在總結這些實驗現象的基礎上形成的。
在外施電場作用下,電子崩由陰極向陽極發展,由於氣體原子(或分子)的激勵、電離、複合等過程產生光電離,在電子崩附近由光電子引起新的子電子崩,電子崩接近陽極時,電離最強,光輻射也強。光電子產生的子電子崩匯集到由陽極生長的放電通道,並幫助它的發展,形成由陽極向陰極前進的流注(正流注),流注的速度比碰撞電離快。同時,光輻射是指向各個方向的,光電子產生的地點也是隨機的,這說明放電通道可能是曲折進行的。正流注達到陰極時,正負電極之間形成一導電的通道,可以通過大的電流,使間隙擊穿。如果所加電壓超過臨界擊穿電壓(過電壓),電子崩電離加強,雖然電子崩還沒有發展到陽極附近,但在間隙中部就可能產生許多光電子及子電子崩,它們匯集到主電子崩,加速放電的發展,增加放電通道的電導率,形成由陰極發展的流注(負流注)。

電子崩

均勻電場中氣體的擊穿過程與氣體的相對密度p和極間距離d的乘積pd有關。pd不同時,各種游離過程的強弱不同,空間電荷所起的作用也不同,因而放電的機理不同。湯遜根據均勻電場低氣壓條件下的放電實驗,提出了適合於pd值較小情況下氣體放電的電子崩理論(也稱為湯遜理論)。後來雷持、米克等人在試驗的基礎上又提出了適合於pd值較大情況下氣體放電的流注理論。這兩個理論互相補充,較好地說明了pd在較大範圍內的氣體放電過程。簡單說,電子崩就是電子在氣體中發生碰撞電離時的鏈式反應發展過程。電子崩,是一種電子學學科的一種專有名詞。

逃逸電子模型

E.E. Kunhardt等人進一步深化基於快電子的模型,提出逃逸電子模型。設電子崩中電子可按其能量大小分兩種:快電子和慢電子。快電子是基於逃逸電子的ns脈衝氣體放電模型的關鍵,其脫離電子崩的能量閡值取決於施加的場強、氣壓和氣體介質。
崩頭內能量足夠的快電子將逃逸出電子崩並散布在崩頭近陽極區內,它們會電離主電子崩頭部近區氣體,使主電子崩向前發展,同時崩頭半徑變小,形成絲狀通道;進而使崩頭附近電場增強,快電子進一步從崩頭逃逸;重複上述過程,電子崩加速向陽極發展。到達陽極時電子崩與陽極已形成電導通道,崩尾電場大增,隨後出自陰極的電子崩逐步發展成間隙的擊穿。

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