湯森理論是指解釋氣體放電機制的最早理論。由英國物理學家J.S.E.湯森於1903年提出。
基本介紹
- 中文名：湯森(湯遜)理論
- 外文名：Thomson theory
- 類別：理論
- 作用：解釋氣體放電機制
- 提出時間：1903年
- 提出人：J.S.E.湯森
- 提出人國籍：英國
簡介,解釋,氣體放電,
簡介
湯森在實驗中發現，當兩平板電極之間所加電壓增大到一定值時，極板間隙的氣體中出現連線兩個電極的放電通道，使原來絕緣的氣體電離變成電導很高的氣體，有放電電流通過，間隙被擊穿。湯森用氣體電離的概念解釋這一現象。他構想有n0個自由電子在電場作用下由陰極向陽極運動，只要電場足夠強,電子在與氣體分子碰撞時會引起後者電離，發展成電子崩。若每個電子在電場中移動單位距離時產生的電離次數為α(湯森電離係數),則可推知n0個自由電子在由陰極向陽極運動中經過距離n後將增加到n0e,而每個電子產生的正離子－電子對數為e-1。正離子在電場作用下向陰極運動，設每個正離子撞擊陰極時引起的電子發射（稱二次電子發射）的機率為r,則n0個自由電子引起電離後產生的二次電子數為rn0(e-1)。要使放電持續不斷，則需使rn0(e-1)=n0或r(e-1)=1，這就是湯森自持放電的條件，又稱湯森判別式。
解釋
對於不同間隙介質都有不同的臨界擊穿電場強度Ec（大氣中約30kV·cm）。間隙中的電場E低於Ec時，間隙不會擊穿。在湯森判別式中,電離係數α 隨外加電場強度E的增強而增大,因此電子的電離效應也加強。α 值必須足夠大才能產生足夠的電離次數及離子數，滿足自持放電條件使間隙被擊穿。實際過程比這要複雜一些，例如間隙中空間電荷的積累會引起電場畸變；陰極表面還存在光電發射和其他粒子轟擊陰極表面的過程；間隙氣體中還有光電離和電附著作用等。雖然自持放電包括的過程比較複雜,但判別式的形式仍是其中rm為包括了各種陰極表面過程的二次電子發射機率，μ為氣體吸收係數。利用高速示波器可以測出放電發展過程中的電流變化。電流的周期性變化說明間隙中電離、陰極發射電子等一次次的循環。不滿足自持條件時的放電，電流逐步減為零，此時間隙中氣體未擊穿，仍保持絕緣狀態。湯森理論只適用於氣壓比較低、氣壓與極距的乘積(Pn)比較小的情況。
氣體放電
1、氣體放電過程中一般存在六種基本粒子：電子，正離子，負離
子，光子，基態原子（或分子），激發態原子（或分子）。
2、光子能量,其中為光的頻率，h為普朗克常數。
3、原子能量由原子內部所有粒子共同決定，通常人們感興趣的是原子最外層電子即價電子，因為氣體放電過程主要是由最外層電子參加的。原子通常處於穩定的能級，成為基態（基態能量E1），當價電子從外界獲得額外能量時，它可以跳躍到更高能級，此時原子處於激發態（激發態能量E2），電子處於激發態的時間很短，然後會躍遷到基態或低激發態，並以光子形式釋放出能量。
當電子獲得的能量超過電離能時，電子就與原子完全脫離而成為自由電子，原子變為正離子。
4、正離子也可被電離，負離子是電子附著到某些原子或分子上而
形成的。負離子的能量等於原子或分子的基態能量加上電子的親和能。氣體放電中的帶電粒子是電子和各種離子（正離子和負離子）。每種離子都將影響氣體放電的電特性，電子的作用通常占主導地位。
5、波數等於波長的倒數，表示在真空中每厘米的波長個數。
6、原子所處的狀態取決於其核外電子的運動狀態，可用四個量子數來描述。
