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光润与您分享气体放电

发布时间:2020-07-28浏览次数:载入中...
气体放电特点
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1)气体本身不存在可以参与导电的带电粒子。气体导电是由于自然界存在的各种辐射线(紫外线、宇宙射线、放射性元素放射的γ射线等)的光子与气体分子碰撞,或参与导电的电子和正离子通过气体时和气体分子碰撞,而使气体分子电离的结果。
2)在恒定温度下,气体的电导率由电子密度和平均自由程决定,它是随外界条件、电场强度、气体压力等变化而变化的变量。
3)电子从电场中获得的能量,主要可以转化为以下四种形式的能量:
      A.通过和气体分子的弹性碰撞转化为分子热运动的能量;
      B.通过激发碰撞转化为激发能;
      C.通过电离碰撞转化为电离能;
      D.通过和电极碰撞将能量转交给电极。
气体放电过程
气体放电的基本物理过程 气体放电总的过程由一些基本过程构成,这些基本过程是:激发、电离、迁移、扩散等。
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1)激发:
荷能电子碰撞气体分子时,有时能导致原子外壳层电子由原来能级跃迁到较高能级。这个现象,称为激发;被激发的原子,称为受激原子。要激发一个原子,使其从能级为E1的状态跃迁到能级为Em的状态,就必须给予(Em-E1)的能量;这个能量所相应的电位差设为eVe,则有eVe=Em-E1,电位Ve称为激发电位。

2)电离:
亚稳原子的亚稳电位高于中性原子的电离电位(如氖的亚稳原子碰撞氩原子)时,亚稳原子碰撞中性原子使后者电离,这个过程称为潘宁效应。潘宁效应在亚稳原子的激发能比较接近中性分子的电离能时较为明显,因为前者寿命较长,可以有更多的几率与中性分子碰撞电离。

3)迁移:
在电场作用下,带电粒子在气体中运动时,一方面沿电力线方向运动,不断获得能量;一方面与气体分子碰撞,作无规则的热运动,不断损失能量。经若干次加速碰撞后,它们便达到等速运动状态,这时其平均速度u与电场强度E成正比 u=KE,系数K称为电子(离子)迁移率。对于离子,K是一个常数;对于电子,它并不是一个常数,而与电场强度E有关。

4)扩散:
当带电粒子在气体中的分布不均匀时,就出现沿浓度递减方向的运动,这称为扩散。带电粒子的扩散类似于气体的扩散,也有自扩散和互扩散两种。扩散现象用扩散系数来描述,它是带电粒子扩散能力的一种量度。多种带电粒子同时存在于气体时,扩散现象变得复杂。

气体放电形式

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一、非自持放电

非自持放电的主要形式是汤生放电,汤生理论的物理描述是:设外界催离素在阴极表面辐照出一个电子,这个电子向阳极方向飞行,并与分子频繁碰撞,其中一些碰撞可能导致分子的电离,得到一个正离子和一个电子。新电子和原有电子一起,在电场加速下继续前进,又能引起分子的电离,电子数目便雪崩式地增长。这称为电子繁流。
二、自持放电

放电中产生的正离子然后都抵达阴极。正离子轰击阴极表面时,使阴极产生电子发射;这种离子轰击产生的次级电子发射,称为r过程。r过程使放电出现新的特点,这就是:r过程产生的次级电子也能参加繁流。如果同一时间内,由于r过程产生的电子数,恰好等于飞抵阳极的电子数,放电就能自行维持而不依赖于外界电离源,这时就转化为自持放电。
其中:
1)辉光放电:是在满足着火条件后立即发生的一种自持辉光放电。它的特点是从阴极至负电辉区有几百伏左右的电位变化。

       辉光放电分正常辉光放电和异常辉光放电。放电开始时,辉光只覆盖一部分阴极表面,这就是正常辉光放电。随着放电电流的增加,辉光逐渐扩展到整个阴极表面,这就是异常辉光放电。此时阴极位降很大,且位降区的宽度减小。阴极位降大和电流密度大,会导致阴极材料的溅射。在放电器件中,溅射的吸气作用降低器件内气体压强并改变其气体成分,而溅射形成的导电膜则降低电极间绝缘。阴极溅射现象也可用作材料涂覆的一种手段,这就是溅射镀膜。       辉光放电的整个放电空间为明暗相间的光层所分隔,而大多数的光层分布在紧靠阴极的地方。辉光放电的应用很广,如利用辉光作光源(日光灯、霓虹灯、钠光灯),利用辉光放电奇异的伏—安曲线作成各种辉光电真空器件(稳压管、整流管、闸流管、放电保险管等),利用辉光放电中正离子轰击阴极现象做镀膜机的蒸发热源及其它阴极溅射设备,利用辉光放电的理论基础而发展的辉光离子氮化技术(真空离子氮化炉)。
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2)弧光放电

弧光放电是一种低电压,大电流的放电。它是当异常辉光放电达到峰值以后,如果电流继续增加,放电电压将迅速降低。当电流增加到1A以上时,电压将下降到40V左右,这时,阴极遭到离子的强烈轰击后,温度升高并产生阴极蒸发,在阴极附近极薄的范围内产生很高的汽压,形成极强的正空间电荷层,因而产生热电子发射或强电场发射,放电管中将出现耀眼的弧光,这就是弧光放电。由于弧光放电的电子发射很有效,只要很小的发射面积就能产生很大的电流,因此,发射电子只是温度较高、电场较强或逸出功较低的很小阴极部分,因而,弧光放电有一很小而极亮的辉点。
根据阴极释放电子的方式不同,弧光放电可分为热电弧光、场致弧光和热电子弧光三类。热电弧光是由难熔金属(如钨)阴极,在离子的轰击下达到很高的温度后产生的热电子发射引起的;场致弧光是利用蒸发温度低的物质作阴极(如汞阴极),阴极受高速下离子的轰击后引起大量阴极物质的蒸发,因而在阴极表面形成强电场,在强电场的作用下,使阴极表面产生场致发射,所以又叫冷电弧。热电子弧光则是将阴极改用热阴极(氧化物阴极),当阴极加热时获得大量的热电子发射而产生弧光放电,这种放电称为热电子弧光。

       弧光放电有三个特点:     

      A.有很高的温度。利用它可做为热源来溶化金属、焊接金属;      

      B.有很强烈的弧光。利用它可制作成各种电光源用于照明、显示、防空等;     

      C.大电流、小电压,有负电特性。利用这一原理可制造电弧炉等设备。
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3)高频放电与微波放电

通常,如果放电管电极的电极性改变,放电的方向也改变。但这仅是在频率很低的情况下才如此。但当频率提高时,放电来不及熄灭,因而呈现为稳定放电的形式:正辉柱位于两电极中间,正辉柱两边均有法拉第暗区,然后是两个负辉区紧邻两个电极。这就是高频放电。
频率在几百兆赫至几百吉赫的高频放电,属于微波气体放电。依据微波放电原理制成的开线开关管,广泛应用在雷达工程中。高频放电离子源,是核物理、等离子体化学的重要研究工具。除此之外,还有电晕放电、火花放电等形式。
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