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氣體放電特點(diǎn)


1）氣體本身不存在可以參與導(dǎo)電的帶電粒子。氣體導(dǎo)電是由于自然界存在的各種輻射線（紫外線、宇宙射線、放射性元素放射的γ射線等）的光子與氣體分子碰撞，或參與導(dǎo)電的電子和正離子通過氣體時(shí)和氣體分子碰撞，而使氣體分子電離的結(jié)果。
2）在恒定溫度下，氣體的電導(dǎo)率由電子密度和平均自由程決定，它是隨外界條件、電場(chǎng)強(qiáng)度、氣體壓力等變化而變化的變量。
3）電子從電場(chǎng)中獲得的能量，主要可以轉(zhuǎn)化為以下四種形式的能量：
      A．通過和氣體分子的彈性碰撞轉(zhuǎn)化為分子熱運(yùn)動(dòng)的能量；
      B．通過激發(fā)碰撞轉(zhuǎn)化為激發(fā)能；
      C．通過電離碰撞轉(zhuǎn)化為電離能；
      D．通過和電極碰撞將能量轉(zhuǎn)交給電極。
氣體放電過程
氣體放電的基本物理過程 氣體放電總的過程由一些基本過程構(gòu)成，這些基本過程是:激發(fā)、電離、遷移、擴(kuò)散等。


1）激發(fā)：
荷能電子碰撞氣體分子時(shí)，有時(shí)能導(dǎo)致原子外殼層電子由原來能級(jí)躍遷到較高能級(jí)。這個(gè)現(xiàn)象，稱為激發(fā);被激發(fā)的原子，稱為受激原子。要激發(fā)一個(gè)原子，使其從能級(jí)為E1的狀態(tài)躍遷到能級(jí)為Em的狀態(tài)，就必須給予(Em-E1)的能量;這個(gè)能量所相應(yīng)的電位差設(shè)為eVe，則有eVe=Em-E1，電位Ve稱為激發(fā)電位。

2）電離：
亞穩(wěn)原子的亞穩(wěn)電位高于中性原子的電離電位(如氖的亞穩(wěn)原子碰撞氬原子)時(shí)，亞穩(wěn)原子碰撞中性原子使后者電離，這個(gè)過程稱為潘寧效應(yīng)。潘寧效應(yīng)在亞穩(wěn)原子的激發(fā)能比較接近中性分子的電離能時(shí)較為明顯，因?yàn)榍罢邏勖^長(zhǎng)，可以有更多的幾率與中性分子碰撞電離。

3）遷移：
在電場(chǎng)作用下，帶電粒子在氣體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，一方面沿電力線方向運(yùn)動(dòng)，不斷獲得能量;一方面與氣體分子碰撞，作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，不斷損失能量。經(jīng)若干次加速碰撞后，它們便達(dá)到等速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)其平均速度u與電場(chǎng)強(qiáng)度E成正比 u=KE，系數(shù)K稱為電子(離子)遷移率。對(duì)于離子，K是一個(gè)常數(shù);對(duì)于電子，它并不是一個(gè)常數(shù)，而與電場(chǎng)強(qiáng)度E有關(guān)。

4）擴(kuò)散：
當(dāng)帶電粒子在氣體中的分布不均勻時(shí)，就出現(xiàn)沿濃度遞減方向的運(yùn)動(dòng)，這稱為擴(kuò)散。帶電粒子的擴(kuò)散類似于氣體的擴(kuò)散，也有自擴(kuò)散和互擴(kuò)散兩種。擴(kuò)散現(xiàn)象用擴(kuò)散系數(shù)來描述，它是帶電粒子擴(kuò)散能力的一種量度。多種帶電粒子同時(shí)存在于氣體時(shí)，擴(kuò)散現(xiàn)象變得復(fù)雜。

氣體放電形式




一、非自持放電

非自持放電的主要形式是湯生放電，湯生理論的物理描述是:設(shè)外界催離素在陰極表面輻照出一個(gè)電子，這個(gè)電子向陽極方向飛行，并與分子頻繁碰撞，其中一些碰撞可能導(dǎo)致分子的電離，得到一個(gè)正離子和一個(gè)電子。新電子和原有電子一起，在電場(chǎng)加速下繼續(xù)前進(jìn)，又能引起分子的電離，電子數(shù)目便雪崩式地增長(zhǎng)。這稱為電子繁流。
二、自持放電

放電中產(chǎn)生的正離子然后都抵達(dá)陰極。正離子轟擊陰極表面時(shí)，使陰極產(chǎn)生電子發(fā)射;這種離子轟擊產(chǎn)生的次級(jí)電子發(fā)射，稱為r過程。r過程使放電出現(xiàn)新的特點(diǎn)，這就是:r過程產(chǎn)生的次級(jí)電子也能參加繁流。如果同一時(shí)間內(nèi)，由于r過程產(chǎn)生的電子數(shù)，恰好等于飛抵陽極的電子數(shù)，放電就能自行維持而不依賴于外界電離源，這時(shí)就轉(zhuǎn)化為自持放電。
其中：
1）輝光放電：是在滿足著火條件后立即發(fā)生的一種自持輝光放電。它的特點(diǎn)是從陰極至負(fù)電輝區(qū)有幾百伏左右的電位變化。

       輝光放電分正常輝光放電和異常輝光放電。放電開始時(shí)，輝光只覆蓋一部分陰極表面，這就是正常輝光放電。隨著放電電流的增加，輝光逐漸擴(kuò)展到整個(gè)陰極表面，這就是異常輝光放電。此時(shí)陰極位降很大，且位降區(qū)的寬度減小。陰極位降大和電流密度大，會(huì)導(dǎo)致陰極材料的濺射。在放電器件中，濺射的吸氣作用降低器件內(nèi)氣體壓強(qiáng)并改變其氣體成分，而濺射形成的導(dǎo)電膜則降低電極間絕緣。陰極濺射現(xiàn)象也可用作材料涂覆的一種手段，這就是濺射鍍膜。       輝光放電的整個(gè)放電空間為明暗相間的光層所分隔，而大多數(shù)的光層分布在緊靠陰極的地方。輝光放電的應(yīng)用很廣，如利用輝光作光源（日光燈、霓虹燈、鈉光燈），利用輝光放電奇異的伏—安曲線作成各種輝光電真空器件（穩(wěn)壓管、整流管、閘流管、放電保險(xiǎn)管等），利用輝光放電中正離子轟擊陰極現(xiàn)象做鍍膜機(jī)的蒸發(fā)熱源及其它陰極濺射設(shè)備，利用輝光放電的理論基礎(chǔ)而發(fā)展的輝光離子氮化技術(shù)（真空離子氮化爐）。



2）弧光放電

弧光放電是一種低電壓，大電流的放電。它是當(dāng)異常輝光放電達(dá)到峰值以后，如果電流繼續(xù)增加，放電電壓將迅速降低。當(dāng)電流增加到1A以上時(shí)，電壓將下降到40V左右，這時(shí)，陰極遭到離子的強(qiáng)烈轟擊后，溫度升高并產(chǎn)生陰極蒸發(fā)，在陰極附近極薄的范圍內(nèi)產(chǎn)生很高的汽壓，形成極強(qiáng)的正空間電荷層，因而產(chǎn)生熱電子發(fā)射或強(qiáng)電場(chǎng)發(fā)射，放電管中將出現(xiàn)耀眼的弧光，這就是弧光放電。由于弧光放電的電子發(fā)射很有效，只要很小的發(fā)射面積就能產(chǎn)生很大的電流，因此，發(fā)射電子只是溫度較高、電場(chǎng)較強(qiáng)或逸出功較低的很小陰極部分，因而，弧光放電有一很小而極亮的輝點(diǎn)。
根據(jù)陰極釋放電子的方式不同，弧光放電可分為熱電弧光、場(chǎng)致弧光和熱電子弧光三類。熱電弧光是由難熔金屬（如鎢）陰極，在離子的轟擊下達(dá)到很高的溫度后產(chǎn)生的熱電子發(fā)射引起的；場(chǎng)致弧光是利用蒸發(fā)溫度低的物質(zhì)作陰極（如汞陰極），陰極受高速下離子的轟擊后引起大量陰極物質(zhì)的蒸發(fā)，因而在陰極表面形成強(qiáng)電場(chǎng)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，使陰極表面產(chǎn)生場(chǎng)致發(fā)射，所以又叫冷電弧。熱電子弧光則是將陰極改用熱陰極（氧化物陰極），當(dāng)陰極加熱時(shí)獲得大量的熱電子發(fā)射而產(chǎn)生弧光放電，這種放電稱為熱電子弧光。

       弧光放電有三個(gè)特點(diǎn)：     

      A.有很高的溫度。利用它可做為熱源來溶化金屬、焊接金屬；      

      B.有很強(qiáng)烈的弧光。利用它可制作成各種電光源用于照明、顯示、防空等；     

      C.大電流、小電壓，有負(fù)電特性。利用這一原理可制造電弧爐等設(shè)備。



3）高頻放電與微波放電

通常，如果放電管電極的電極性改變，放電的方向也改變。但這只是在頻率很低的情況下才如此。但當(dāng)頻率提高時(shí)，放電來不及熄滅，因而呈現(xiàn)為穩(wěn)定放電的形式:正輝柱位于兩電極中間，正輝柱兩邊均有法拉第暗區(qū)，然后是兩個(gè)負(fù)輝區(qū)緊鄰兩個(gè)電極。這就是高頻放電。
頻率在幾百兆赫至幾百吉赫的高頻放電，屬于微波氣體放電。依據(jù)微波放電原理制成的開線開關(guān)管，廣泛應(yīng)用在雷達(dá)工程中。高頻放電離子源，是核物理、等離子體化學(xué)的重要研究工具。除此之外，還有電暈放電、火花放電等形式。
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