均勻電場中的氣體擊穿-在線瀏覽
2025-06-17 22:36本頁面
【正文】 碰撞電離 及 空間光電離 是維持自持放電的主要因素，并強(qiáng)調(diào)了 空間電荷畸變電場（使原來均勻的電場變成了不均勻電場） 的作用 ? 放電過程 電子崩階段 流注階段 氣體擊穿 電離形成二次電子崩，等離子體 空間電荷 畸變 外電場 ? 通過大量的實(shí)驗(yàn)研究 （ 主要在電離室中進(jìn)行 ） 說明放電發(fā)展的機(jī)理 。 ⑵ 空間電荷對原有 電場 的影響 ? 大大加強(qiáng)了崩頭及崩尾的電場，削弱了崩內(nèi)正、負(fù)電荷區(qū)域之間的電場 ? 電子崩頭部 電場明顯增強(qiáng)，電離過程強(qiáng)烈，有利于發(fā)生分子和離子的 激勵 現(xiàn)象，當(dāng)它們回復(fù)到正常狀態(tài)時（ 反激勵 ）， 發(fā)射出光子 ? 崩頭內(nèi)部正負(fù)電荷區(qū)域 電場大大削弱，電子和正離子濃度卻最大，有助于發(fā)生 復(fù)合 過程， 發(fā)射出光子。 ?主崩頭部接近正電極時，電場大幅度增強(qiáng)，發(fā)生強(qiáng)烈的電離，并向周圍放射出大量光子。 ? 條件： 當(dāng)外加電壓 =擊穿電壓 1－ 起始電子崩； 2－ 二次電子崩 24 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 正流注的形成 ?流注通道 導(dǎo)電性良好 ，其頭部又是二次電子崩形成的正電荷，因此流注頭部前方出現(xiàn)了很強(qiáng)的電場。 ?二次電子崩 中的電子進(jìn)入主電子崩頭部的正空間電荷區(qū)。 此時的電壓就是擊穿電壓 Ub ? 條件： 當(dāng)外加電壓 =擊穿電壓 ?正流注發(fā)展方向：從陽極到陰極 ?初始電子崩需走完整個間隙 25 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 負(fù)流注的形成 ? 條件： 當(dāng)外加電壓＞擊穿電壓 12 23( a ) ( b ) ( c )222231－ 起始電子崩； 2－ 二次電子崩； 3－ 流注 ? 電壓較低時，電子崩需經(jīng)過整個間隙才能積聚到足夠的電子數(shù)形成流注； 電壓較高時，電子崩不需經(jīng)過整個間隙，其頭部電離程度已足以形成流注 ? 主電子崩頭部的電離很強(qiáng)烈，光子射到主崩前方，在前方產(chǎn)生新的電子崩，主崩頭部的電子和二次崩尾的正離子形成混合通道，形成向陽極推進(jìn)的流注，稱為 負(fù)流注 ? 間隙中的正、負(fù)流注可以同時向兩極發(fā)展。 ? 一旦形成流注，放電就進(jìn)入了新的階段，放電可以由本身產(chǎn)生的 空間光電離 而自行維持，即轉(zhuǎn)入自持放電； ? 如果電場均勻，間隙就將被擊穿。 ?流注形成的條件 31 均勻電場中氣體的擊穿 流注理論 對 pd 較大時放電現(xiàn)象的解釋 ? 現(xiàn)象： pd 較大時，放電不均勻，有分支，有細(xì)小的通道 ? 解釋： 二次電子崩在空間的形成和發(fā)展帶有統(tǒng)計(jì)性，所以火花通道常是曲折的，并帶有分枝 ⑵ 放電時間 ? 現(xiàn)象： 放電時間極短 ? 解釋 ： 光子以光速傳播，所以流注發(fā)展速度極快，這就可以說明 pd很大時放電時間特別短的現(xiàn)象 ⑶ 陰極材料的影響 ? 現(xiàn)象： 放電與陰極材料無關(guān) ? 解釋 ： pd很大時， 維持放電自持的是空間光電離，而不是陰極表面的電離過程 ⑴ 放電外形 32 樹枝狀放電與放電發(fā)展的抑制 ? 互相補(bǔ)充說明廣闊的 Pd范圍內(nèi)的放電現(xiàn)象 33 均勻電場中氣體的擊穿 在 Pd值較小時，起始電子不可能在穿越極間距離后完成足夠多的碰撞電離次數(shù)，因而難以聚積到足夠的電子數(shù)，這樣就不可能出現(xiàn)流注，放電的自持只能依靠陰極上的 γ過程。 ? 流注理論 的基本觀點(diǎn)：以湯遜理論的 碰撞電離為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào) 空間電荷的電場畸變作用 ，著重于 空間光電離 來解釋放電的發(fā)展過程。 34 均勻電場中氣體的擊穿 35 35 P c mUb / V1 0 11 001 011 021 031 041 0 01 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 0 0空 氣S F6廣 闊 P d 范 圍 的 放 電 現(xiàn) 象? 引起氣體放電的因素有兩個：一是 電場作用 ；二是外電離因素 ? 非自持放電 —— 去掉外電離因素的作用 后，放電 隨即停止； ? 自持放電 —— 不需要外界因素，僅由電場作用而維持的放電過程。 ? 測高電壓的球隙 ⒊ 極不均勻電場 ? 特有的兩大特征 ? 電暈放電 ： 極不均勻電場所特有的一種自持放電形式； ? 極性效應(yīng) ： 放電過程與電極的極性有關(guān)； ? 典型的極不均電場 ? 棒 — 棒（針 — 針）： ? 棒 — 板（針 — 板）： 不 均勻電場中氣體的擊穿 39 bUd0Dd 2?1213DDd 4?dd≤ 2D， 電場較均勻 ， 其放電特性與均勻電場相似 ， 一旦出現(xiàn)自持放電 ， 立即導(dǎo)致整個氣隙擊穿 。 外 加電壓進(jìn)一步增大 ， 表面電暈層擴(kuò)大 ， 并出現(xiàn)刷狀的細(xì)火花 ， 火花變長 ， 最終導(dǎo)致氣隙完全擊穿 。 電場的均勻程度可以根據(jù)是否產(chǎn)生穩(wěn)定的電暈來劃分 。 不 均勻電場中氣體的擊穿 41 Axial (left) and radial (right) views of discharge with rod electrode 紫外成像拍攝的電暈 42 ? 電暈放電 —— 極不均勻電場 所特有的一種 自持放電 現(xiàn)象； 電暈放電的概念 發(fā)生電暈放電現(xiàn)象的條件 ? 電場極不均勻時，曲率大的電極附近很小范圍內(nèi) α已達(dá)相當(dāng)數(shù)值時，間隙中大部分區(qū)域值 α都仍然很小，放電達(dá)到自持放電后，間隙沒有擊穿 ? 電場越不均勻，擊穿電壓和電暈起始電壓間的差別也越大 電暈放電由于局部強(qiáng)場區(qū)的放電過程造成。 ? 電暈起始場強(qiáng) Ec—— 開始出現(xiàn)電暈時電極表面的場強(qiáng)； ? 電暈起始電壓 Uc—— 開始出現(xiàn)電暈時的電壓； 不 均勻電場中氣體的擊穿 極不均勻電場中的電暈放電現(xiàn)象 44 電暈放電的兩種形式 ① 電子崩形式 ② 流注形式 ① 電極曲率大 ，電暈層薄，且比較均勻，放電電流比較穩(wěn)定，自持放電采用湯遜放電形式，即出現(xiàn)電子崩式的電暈。 ② 電極曲率小 ，則電暈一開始就很強(qiáng)烈，一旦出現(xiàn)就采取流注形式。 沖擊電壓下， 電壓上升快，來不及出現(xiàn)分散的大量電子崩，因此電暈一開 始也是流注形式 45 電暈放電的脈沖現(xiàn)象 試驗(yàn)裝置 （ 1）電壓很低時，放電電流極小，電流波形不規(guī)則。 （ 3）電壓繼續(xù)升高，電流脈沖幅值不變，但頻率增高，脈沖更形密集，甚至前后交疊，平均電流不斷加大（極性不同時，脈沖波形有些
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