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1、哈工大高电压技术-2、气体放电的基本物理过程研究气体放电的目的：研究气体放电的目的：研究气体放电的目的：研究气体放电的目的：了了了了解解解解气气气气体体体体在在在在高高高高电电电电压压压压（强强强强电电电电场场场场）作作作作用用用用下下下下逐逐逐逐步步步步由由由由电电电电介介介介质质质质演变成导体的物理过程演变成导体的物理过程演变成导体的物理过程演变成导体的物理过程 掌握气体介质的电气强度掌握气体介质的电气强度掌握气体介质的电气强度掌握气体介质的电气强度 学学学学会会会会如如如如何何何何选选选选择择择择合合合合适适适适的的的的绝绝绝绝缘缘缘缘距距距距离离离离以以以以及及及及如如如如何何何何提提
2、提提高高高高气气气气体体体体间间间间隙的击穿电压隙的击穿电压隙的击穿电压隙的击穿电压 了了了了解解解解气气气气体体体体击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压与与与与电电电电场场场场分分分分布布布布、电电电电压压压压种种种种类类类类、气气气气体体体体状状状状态的关系态的关系态的关系态的关系电电电电气气气气设设设设备备备备中中中中常常常常用用用用气气气气体体体体作作作作为为为为绝绝绝绝缘缘缘缘介介介介质质质质，常常常常用用用用的的的的气气气气体体体体介介介介质质质质：空气、空气、空气、空气、SFSFSFSF6 6 6 6及其混合气体及其混合气体及其混合气体及其混合气体气气气气体体体体放放放放电电电电过过
3、过过程程程程：在在在在电电电电场场场场作作作作用用用用下下下下，气气气气隙隙隙隙中中中中带带带带电电电电粒粒粒粒子子子子的形成和运动过程。的形成和运动过程。的形成和运动过程。的形成和运动过程。问题的提出：问题的提出：问题的提出：问题的提出：1 1 1 1、气隙中带电粒子是如何形成的？、气隙中带电粒子是如何形成的？、气隙中带电粒子是如何形成的？、气隙中带电粒子是如何形成的？2 2 2 2、气隙中的导电通道是如何形成的？、气隙中的导电通道是如何形成的？、气隙中的导电通道是如何形成的？、气隙中的导电通道是如何形成的？3 3 3 3、气气气气隙隙隙隙中中中中导导导导电电电电通通通通道道道道形形形形成成
4、成成后后后后是是是是如如如如何何何何维维维维持持持持持持持持续续续续放放放放电电电电的的的的？一、名词解释一、名词解释1 1、电子平均自由行程、电子平均自由行程 2 2、激励、激励3 3、电离、电离4 4、带电质点的复合、带电质点的复合1.1.电子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程 当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定当气体中存在电场时，粒子进行热运动和沿电场定向运动（如图向运动（如图向运动（如图向运动（如图2-42-42-42-4所示）。所示）。所示）。所示）。1.1.电
5、子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程 各各各各种种种种粒粒粒粒子子子子在在在在气气气气体体体体中中中中运运运运动动动动时时时时不不不不断断断断地地地地相相相相互互互互碰碰碰碰撞撞撞撞，任任任任一一一一粒粒粒粒子子子子在在在在1cm1cm1cm1cm的的的的行行行行程程程程中中中中所所所所遭遭遭遭遇遇遇遇的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞次次次次数数数数与与与与气气气气体体体体分分分分子子子子的的的的半半半半径径径径和密度有关。和密度有关。和密度有关。和密度有关。单单单单位位位位行行行行程程程程中中中中的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞次次次次数数数数的的的的倒倒倒倒数数数数 即即即即为为
6、为为该该该该粒粒粒粒子子子子的的的的平平平平均自由行程长度均自由行程长度均自由行程长度均自由行程长度。1.1.电子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程电子平均自由行程 由气体动力学可知，电子平均自由行程长度：由气体动力学可知，电子平均自由行程长度：由气体动力学可知，电子平均自由行程长度：由气体动力学可知，电子平均自由行程长度：气体分子半径气体分子半径气体分子半径气体分子半径：大气压力大气压力大气压力大气压力：气温气温气温气温：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数：波尔兹曼常数2 2 2 2、激励、激励、激励、激励 原原原原子子子子在在在在外外外外界界界界因因因因素素素素作作作作用用
7、用用下下下下，其其其其电电电电子子子子从从从从处处处处在在在在距距距距原原原原子子子子核核核核较较较较近近近近的的的的低低低低能能能能态态态态轨轨轨轨道道道道跃跃跃跃迁迁迁迁到到到到离离离离核核核核较较较较远远远远的的的的较较较较高高高高能能能能态态态态的的的的轨轨轨轨道道道道，这这这这个个个个过过过过程称为程称为程称为程称为激励激励激励激励。该该该该原原原原子子子子称称称称为为为为激激激激励励励励状状状状态态态态的的的的原原原原子子子子。高高高高于于于于正正正正常常常常状状状状态态态态的的的的能能能能级级级级均均均均称为称为称为称为激励能级激励能级激励能级激励能级。激激激激励励励励状状状状态
8、态态态存存存存在在在在的的的的时时时时间间间间很很很很短短短短(大大大大致致致致为为为为10101010-8-8-8-8s)s)s)s)，电电电电子子子子将将将将自自自自动动动动返返返返回回回回常常常常态态态态轨轨轨轨道道道道上上上上，这这这这时时时时产产产产生生生生激激激激励励励励时时时时所所所所吸吸吸吸收收收收的的的的外外外外加加加加能能能能量量量量将将将将以以以以辐射能辐射能辐射能辐射能(光子光子光子光子)的形式放出。的形式放出。的形式放出。的形式放出。如如如如果果果果原原原原子子子子获获获获得得得得的的的的外外外外加加加加能能能能量量量量足足足足够够够够大大大大，其其其其电电电电子子子
9、子将将将将摆摆摆摆脱脱脱脱原原原原子子子子核的约束而成为核的约束而成为核的约束而成为核的约束而成为自由电子自由电子自由电子自由电子。原原原原子子子子在在在在外外外外界界界界因因因因素素素素作作作作用用用用下下下下，其其其其电电电电子子子子受受受受到到到到激激激激励励励励摆摆摆摆脱脱脱脱原子核的约束而成为原子核的约束而成为原子核的约束而成为原子核的约束而成为自由电子自由电子自由电子自由电子，这一现象称为，这一现象称为，这一现象称为，这一现象称为电离电离电离电离。原子被分解成两种带电粒子原子被分解成两种带电粒子原子被分解成两种带电粒子原子被分解成两种带电粒子电子和正离子电子和正离子电子和正离子电子
10、和正离子。使电子电离出来所需的最小能量称为使电子电离出来所需的最小能量称为使电子电离出来所需的最小能量称为使电子电离出来所需的最小能量称为电离能电离能电离能电离能。3 3 3 3、电离、电离、电离、电离电离形式：电离形式：电离形式：电离形式：1 1 1 1）碰撞电离）碰撞电离）碰撞电离）碰撞电离 在在在在电电电电场场场场作作作作用用用用下下下下，电电电电子子子子被被被被加加加加速速速速而而而而获获获获得得得得动动动动能能能能。当当当当电电电电子子子子的动能满足如下条件时，将引起的动能满足如下条件时，将引起的动能满足如下条件时，将引起的动能满足如下条件时，将引起碰掩电离碰掩电离碰掩电离碰掩电离：
11、m me e e e电子的质量；电子的质量；电子的质量；电子的质量；v ve e e e电子的速度；电子的速度；电子的速度；电子的速度；W Wi i i i气体分子的电离能气体分子的电离能气体分子的电离能气体分子的电离能。碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关碰撞电离的形成与电场强度和平均自由行程的大小有关 2 2 2 2）光电离）光电离）光电离）光电离 当当当当气气气气体体体体分分分分子子子子受受受受到到到到光光光光辐辐辐辐射射射射时时时时，如如如如光光光光子子子子能能能能量量量量满满满
12、满足足足足下下下下面面面面条件，将引起条件，将引起条件，将引起条件，将引起光电离光电离光电离光电离，分解成，分解成，分解成，分解成电子和正离子电子和正离子电子和正离子电子和正离子：h h h h 普朗克常数普朗克常数普朗克常数普朗克常数 h h h h6.626.626.626.6210101010-27-27-27-27尔格尔格尔格尔格秒。秒。秒。秒。v v v v 频率（频率（频率（频率（光是频率不同的电磁辐射，也具有光是频率不同的电磁辐射，也具有光是频率不同的电磁辐射，也具有光是频率不同的电磁辐射，也具有 粒子性，称为光子粒子性，称为光子粒子性，称为光子粒子性，称为光子）导导导导致致致致
13、气气气气体体体体光光光光电电电电离离离离的的的的光光光光子子子子可可可可以以以以由由由由自自自自然然然然界界界界（如如如如空空空空中中中中的的的的紫紫紫紫外外外外线线线线、宇宇宇宇宙宙宙宙射射射射线线线线等等等等）或或或或人人人人为为为为照照照照射射射射（如如如如紫紫紫紫外外外外线线线线、x x x x 射射射射线等）提供，也可以由线等）提供，也可以由线等）提供，也可以由线等）提供，也可以由气体放电过程气体放电过程气体放电过程气体放电过程本身产生。本身产生。本身产生。本身产生。3 3 3 3）热电离）热电离）热电离）热电离 一切因气体热状态引起的电离过程称为一切因气体热状态引起的电离过程称为一
14、切因气体热状态引起的电离过程称为一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离热电离热电离热电离。包括：包括：包括：包括：随着温度升高气体分子动能增加引起的随着温度升高气体分子动能增加引起的随着温度升高气体分子动能增加引起的随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离碰撞电离碰撞电离碰撞电离；高温下高能热辐射光子引起的高温下高能热辐射光子引起的高温下高能热辐射光子引起的高温下高能热辐射光子引起的光电离光电离光电离光电离。4 4 4 4）金属）金属）金属）金属(阴极阴极阴极阴极)的表面电离：的表面电离：的表面电离：的表面电离：a a a a、正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极正离子碰撞阴极 正正
15、正正离离离离子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞阴阴阴阴极极极极时时时时使使使使电电电电子子子子逸逸逸逸出出出出金金金金属属属属（传传传传递递递递的的的的能能能能量量量量要要要要大大大大于于于于逸逸逸逸出出出出功功功功）。逸逸逸逸出出出出的的的的电电电电子子子子有有有有一一一一个个个个和和和和正正正正离离离离子子子子结结结结合合合合成成成成为为为为原原原原子子子子，其其其其余余余余的的的的成成成成为为为为自自自自由由由由电电电电子子子子。因因因因此此此此正正正正离离离离子子子子必必必必须须须须碰碰碰碰撞撞撞撞出出出出一一一一个个个个以以以以上上上上电电电电子子子子时时时时才才才才能能能能出出出出现现现现自
16、由电子。自由电子。自由电子。自由电子。b b b b、光电效应光电效应光电效应光电效应 金金金金属属属属表表表表面面面面受受受受到到到到光光光光的的的的照照照照射射射射，当当当当光光光光子子子子的的的的能能能能量量量量大大大大逸逸逸逸出出出出功功功功时时时时，金金金金属属属属表面放射出电子。表面放射出电子。表面放射出电子。表面放射出电子。c c c c、强场放射（冷放射）强场放射（冷放射）强场放射（冷放射）强场放射（冷放射）当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。当阴极附近所加外电场足够强时
17、，使阴极放射出电子。d d d d、热电子放射热电子放射热电子放射热电子放射 当当当当阴阴阴阴极极极极被被被被加加加加热热热热到到到到很很很很高高高高温温温温度度度度时时时时，其其其其中中中中的的的的电电电电子子子子获获获获得得得得巨巨巨巨大大大大动动动动能能能能，逸出金属。逸出金属。逸出金属。逸出金属。4 4 4 4、带电质点的复合、带电质点的复合、带电质点的复合、带电质点的复合 正正正正离离离离子子子子和和和和负负负负离离离离子子子子或或或或电电电电子子子子相相相相遇遇遇遇，发发发发生生生生电电电电荷荷荷荷的的的的传传传传递递递递而而而而互互互互相中和、还原为分子的过程称为相中和、还原为分
18、子的过程称为相中和、还原为分子的过程称为相中和、还原为分子的过程称为复合过程复合过程复合过程复合过程。在在在在带带带带电电电电质质质质点点点点的的的的复复复复合合合合过过过过程程程程会会会会以以以以光光光光子子子子的的的的形形形形式式式式释释释释放放放放能能能能量量量量，产产产产生生生生光光光光辐辐辐辐射射射射。这这这这种种种种光光光光辐辐辐辐射射射射在在在在一一一一定定定定条条条条件件件件下下下下有有有有可可可可能能能能成成成成为为为为导导导导致致致致电离的因素（如流柱理论中电离的因素（如流柱理论中电离的因素（如流柱理论中电离的因素（如流柱理论中二次电子崩二次电子崩二次电子崩二次电子崩的起因
19、）。的起因）。的起因）。的起因）。1 1 1 1、电子崩、电子崩、电子崩、电子崩 在在在在外外外外电电电电离离离离因因因因素素素素作作作作用用用用下下下下，从从从从阴阴阴阴极极极极产产产产生生生生的的的的第第第第一一一一个个个个起起起起始始始始电电电电子子子子，从从从从电电电电场场场场获获获获得得得得一一一一定定定定动动动动能能能能后后后后，会会会会碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离出出出出一一一一个个个个第第第第二二二二代代代代电电电电子子子子，这这这这两两两两个个个个电电电电子子子子作作作作为为为为新新新新的的的的第第第第一一一一代代代代电电电电子子子子，又又又又将将将将电电电电离离离离出出
20、出出新新新新的的的的第第第第二二二二代代代代电电电电子子子子，这这这这时时时时空空空空间间间间已已已已存存存存在在在在四四四四个个个个自自自自由由由由电电电电子子子子，这这这这样样样样一一一一代代代代一一一一代代代代不不不不断断断断增增增增加加加加的的的的过过过过程程程程，会会会会使使使使带带带带电电电电质质质质点点点点迅迅迅迅速速速速增增增增加加加加，如如如如同同同同冰冰冰冰山山山山上上上上发发发发生生生生雪雪雪雪崩崩崩崩一一一一样样样样。这这这这一剧增的电子流称为一剧增的电子流称为一剧增的电子流称为一剧增的电子流称为电子崩电子崩电子崩电子崩。二、气体放电过程的一般描述二、气体放电过程的一般
21、描述 电电电电子子子子崩崩崩崩具具具具显显显显圆圆圆圆锥锥锥锥形形形形，电电电电子子子子集集集集中中中中在在在在崩崩崩崩头头头头，尾尾尾尾部部部部为为为为正离正离正离正离子子子子1 1 1 1、电子崩、电子崩、电子崩、电子崩 正正正正离离离离子子子子在在在在电电电电场场场场的的的的作作作作用用用用下下下下向向向向阴阴阴阴极极极极移移移移动动动动，当当当当到到到到达达达达阴阴阴阴极极极极附附附附近近近近时时时时，或或或或者者者者由由由由于于于于加加加加强强强强了了了了阴阴阴阴极极极极的的的的场场场场强强强强，或或或或者者者者由由由由于于于于正正正正离离离离子子子子撞撞撞撞击击击击阴阴阴阴极极极极
22、表表表表面面面面而而而而使使使使阴阴阴阴极极极极表表表表面面面面发发发发生生生生电电电电离离离离，产产产产生生生生电电电电子子子子发发发发射射射射。新新新新发发发发射射射射的的的的电电电电子子子子从从从从电电电电场场场场中中中中获获获获得得得得动动动动能能能能参参参参与与与与了了了了气气气气体体体体中中中中的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离，使使使使得得得得“雪雪雪雪崩崩崩崩”现现现现象象象象加加加加剧剧剧剧，并并并并在在在在去去去去除除除除外外外外电电电电离离离离因因因因素素素素的的的的情情情情况况况况下下下下仍仍仍仍有有有有后后后后继继继继电电电电子子子子，使使使使得得得得放放放放电
23、得以自持。电得以自持。电得以自持。电得以自持。为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：为了定量分析气隙中气体放电过程，引入三个系数：代代代代表表表表一一一一个个个个电电电电子子子子沿沿沿沿着着着着电电电电场场场场方方方方向向向向行行行行经经经经1cm1cm1cm1cm长长长长度度度度，平平平平均均均均发发发发生生生生的的的的碰撞电离次数；碰撞电离次数；碰撞电离次数；碰撞电离次数；对应于起始电子形成电子崩的过程对应于起始电子形成电子崩的过程对应于起始电子形成电子崩的过程对应于起始电子形成电子崩的过程
24、 系数：系数：系数：系数：代代代代表表表表一一一一个个个个正正正正离离离离子子子子沿沿沿沿着着着着电电电电场场场场方方方方向向向向行行行行经经经经1cm1cm1cm1cm长长长长度度度度，平平平平均均均均发发发发生生生生的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离次次次次数数数数；在在在在引引引引起起起起电电电电子子子子剧剧剧剧增增增增的的的的同同同同时时时时，对对对对应应应应于于于于造造造造成成成成离子崩的过程离子崩的过程离子崩的过程离子崩的过程 系数：系数：系数：系数：表表表表示示示示折折折折合合合合到到到到每每每每个个个个碰碰碰碰撞撞撞撞阴阴阴阴极极极极表表表表面面面面的的的的正正正正离离离
25、离子子子子，使使使使阴阴阴阴极极极极金金金金属属属属表表表表面面面面平平平平均均均均释释释释放放放放出出出出的的的的自自自自由由由由电电电电子子子子数数数数。描描描描述述述述了了了了离离离离子子子子崩崩崩崩到到到到达达达达阴阴阴阴极极极极后，引起阴极发射二次电子的过程后，引起阴极发射二次电子的过程后，引起阴极发射二次电子的过程后，引起阴极发射二次电子的过程 系数：系数：系数：系数：电子崩中电子数目：电子崩中电子数目：电子崩中电子数目：电子崩中电子数目：一一一一个个个个电电电电子子子子从从从从阴阴阴阴极极极极到到到到阳阳阳阳极极极极产产产产生生生生的的的的电子数电子数电子数电子数N N N N：
26、设设设设一一一一个个个个电电电电子子子子从从从从阴阴阴阴极极极极行行行行走走走走x x x x 距距距距离离离离产产产产生生生生的的的的自自自自由由由由电电电电子子子子数数数数为为为为n n n n，n n n n 个个个个电子前进电子前进电子前进电子前进dx dx dx dx 产生的新电子数为：产生的新电子数为：产生的新电子数为：产生的新电子数为：d d 一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：一个电子从阴极到阳极产生的正离子数为：2 2 2 2、气体放电的主要形式、气体放电的主要形式、气体放电的主要形式、气体放电的主
27、要形式 辉辉辉辉光光光光放放放放电电电电：整整整整个个个个空空空空间间间间发发发发光光光光，电电电电流流流流密密密密度度度度小小小小；低低低低气气气气压压压压、电源功率小；霓虹灯电源功率小；霓虹灯电源功率小；霓虹灯电源功率小；霓虹灯 火火火火花花花花放放放放电电电电：有有有有收收收收细细细细的的的的发发发发光光光光放放放放电电电电通通通通道道道道、贯贯贯贯穿穿穿穿两两两两极极极极的的的的断断断断续的明亮火花；续的明亮火花；续的明亮火花；续的明亮火花；大气压下、电源功率小大气压下、电源功率小大气压下、电源功率小大气压下、电源功率小 电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电：紧紧紧紧贴贴贴贴尖尖尖尖电电电
28、电极极极极周周周周围围围围有有有有一一一一层层层层晕晕晕晕光光光光；极极极极不不不不均均均均匀匀匀匀场场场场 刷刷刷刷状状状状放放放放电电电电：从从从从电电电电晕晕晕晕放放放放电电电电电电电电极极极极中中中中伸伸伸伸出出出出许许许许多多多多较较较较明明明明亮亮亮亮的的的的细细细细放电通道；放电通道；放电通道；放电通道；极不均匀场极不均匀场极不均匀场极不均匀场 电电电电弧弧弧弧放放放放电电电电：放放放放电电电电通通通通道道道道和和和和电电电电极极极极的的的的温温温温度度度度都都都都很很很很高高高高，电电电电流流流流密密密密度大，电路有短路特征；度大，电路有短路特征；度大，电路有短路特征；度大，电
29、路有短路特征；电源功率大电源功率大电源功率大电源功率大3 3 3 3、非自持放电与自持放电、非自持放电与自持放电、非自持放电与自持放电、非自持放电与自持放电 外外外外施施施施电电电电压压压压小小小小于于于于U U U U0 0 0 0 时时时时，间间间间隙隙隙隙内内内内电电电电流流流流数数数数值值值值很很很很小小小小，间间间间隙隙隙隙还还还还未未未未被被被被击击击击穿穿穿穿，这这这这时时时时电电电电流流流流要要要要依依依依靠靠靠靠外外外外电电电电离离离离因因因因素素素素来来来来维维维维持持持持，如如如如果果果果取取取取消消消消外外外外电电电电离离离离因因因因素素素素，电电电电流流流流将将将将消
30、消消消失失失失。这类放电称为这类放电称为这类放电称为这类放电称为非自持放电非自持放电非自持放电非自持放电。当当当当电电电电压压压压达达达达到到到到U U U U0 0 0 0 后后后后，气气气气体体体体中中中中发发发发生生生生了了了了强强强强烈烈烈烈的的的的电电电电离离离离，电电电电流流流流剧剧剧剧增增增增，其其其其中中中中的的的的电电电电离离离离只只只只靠靠靠靠电电电电场场场场的的的的作作作作用用用用自自自自行行行行维维维维持持持持，不不不不再再再再需需需需要要要要外外外外电电电电离离离离因因因因素素素素。这这这这种种种种放放放放电电电电形形形形式式式式称称称称为为为为自持放电自持放电自持放
31、电自持放电。4 4 4 4、放电的发展过程、放电的发展过程、放电的发展过程、放电的发展过程 均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：任任任任意意意意位位位位置置置置的的的的自自自自持持持持放放放放电电电电将将将将迅迅迅迅速速速速引引引引起起起起气气气气体体体体间间间间隙击穿，放电的起始电压隙击穿，放电的起始电压隙击穿，放电的起始电压隙击穿，放电的起始电压U U U U0 0 0 0为为为为击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压；非非非非均均均均匀匀匀匀电电电电场场场场：当当当当电电电电压压压压达达达达到到到到U U U U0 0 0 0后后后后，出出出出现现现现电电电电晕晕晕晕，U U U U0 0 0
32、0为为为为电电电电晕晕晕晕起起起起始始始始电电电电压压压压，电电电电压压压压继继继继续续续续升升升升高高高高，相相相相继继继继出出出出现现现现刷刷刷刷状状状状放放放放电电电电、火火火火化放电（或电弧放电）。化放电（或电弧放电）。化放电（或电弧放电）。化放电（或电弧放电）。三、均匀电场气隙的击穿三、均匀电场气隙的击穿气体击穿的两个基本理论：气体击穿的两个基本理论：气体击穿的两个基本理论：气体击穿的两个基本理论：汤逊理论汤逊理论汤逊理论汤逊理论 流注理论流注理论流注理论流注理论1 1 1 1、汤逊机理、汤逊机理、汤逊机理、汤逊机理一个电子从阴极到阳极产生的电子数一个电子从阴极到阳极产生的电子数一个
33、电子从阴极到阳极产生的电子数一个电子从阴极到阳极产生的电子数N N N N：过程：过程：过程：过程：系数对应于起始电子形成电子崩的过程；系数对应于起始电子形成电子崩的过程；系数对应于起始电子形成电子崩的过程；系数对应于起始电子形成电子崩的过程；过程所形成的正离子从阴极轰出的自由电子个数：过程所形成的正离子从阴极轰出的自由电子个数：过程所形成的正离子从阴极轰出的自由电子个数：过程所形成的正离子从阴极轰出的自由电子个数：过过过过程程程程：系系系系数数数数描描描描述述述述了了了了 过过过过程程程程所所所所形形形形成成成成的的的的正正正正离离离离子子子子到到到到达达达达阴阴阴阴极极极极后，将引起阴极发
34、射二次电子的过程。后，将引起阴极发射二次电子的过程。后，将引起阴极发射二次电子的过程。后，将引起阴极发射二次电子的过程。击击击击穿穿穿穿过过过过程程程程：上上上上述述述述两两两两个个个个过过过过程程程程交交交交替替替替重重重重复复复复进进进进行行行行，自自自自由由由由电电电电子子子子数数数数目目目目越越越越来越多，最终导致击穿。来越多，最终导致击穿。来越多，最终导致击穿。来越多，最终导致击穿。电子崩电子崩电子崩电子崩气隙击穿气隙击穿气隙击穿气隙击穿2 2 2 2、汤逊机理的结论、汤逊机理的结论、汤逊机理的结论、汤逊机理的结论自持放电条件：自持放电条件：自持放电条件：自持放电条件：表表表表示示示
35、示由由由由 过过过过程程程程在在在在阴阴阴阴极极极极上上上上重重重重新新新新发发发发射射射射一一一一个个个个电电电电子子子子，这这这这时时时时不不不不再再再再需需需需要要要要外电离因素外电离因素外电离因素外电离因素，就能使电离维持发展了，即转入自持放电。，就能使电离维持发展了，即转入自持放电。，就能使电离维持发展了，即转入自持放电。，就能使电离维持发展了，即转入自持放电。汤汤汤汤逊逊逊逊理理理理论论论论的的的的实实实实质质质质：电电电电子子子子碰碰碰碰撞撞撞撞电电电电离离离离是是是是气气气气体体体体放放放放电电电电的的的的主主主主要要要要原原原原因因因因，二二二二次次次次电电电电子子子子来来来
36、来源源源源于于于于正正正正离离离离子子子子撞撞撞撞击击击击阴阴阴阴极极极极表表表表面面面面，使使使使阴阴阴阴极极极极表表表表面面面面溢溢溢溢出出出出电电电电子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。子，溢出电子是维持气体放电的必要条件。3 3 3 3、巴申定律：、巴申定律：、巴申定律：、巴申定律：击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压是是是是气气气气压压压压 P P P P 与与与与极极极极间间间间距距距距离离离离 d d d d 的的的的乘乘乘乘积积积积（或或或或气气气气体体体体相相相相对对对对密密密密度度度度 与极间距离与极
37、间距离与极间距离与极间距离 d d d d 的乘积）的函数的乘积）的函数的乘积）的函数的乘积）的函数击穿电压有最小值击穿电压有最小值击穿电压有最小值击穿电压有最小值巴申定律与汤逊机理在巴申定律与汤逊机理在巴申定律与汤逊机理在巴申定律与汤逊机理在 PdPdPdPd 较小时相一致较小时相一致较小时相一致较小时相一致4 4 4 4、汤逊机理的适用范围、汤逊机理的适用范围、汤逊机理的适用范围、汤逊机理的适用范围适用范围：低气压，短气隙，适用范围：低气压，短气隙，适用范围：低气压，短气隙，适用范围：低气压，短气隙，pd pd pd pd 200 cm.mmHg200 cm.mmHg200 cm.mmHg
38、200 cm.mmHg汤逊理论在解释高气压、长气隙时，实际与理论的差别：汤逊理论在解释高气压、长气隙时，实际与理论的差别：汤逊理论在解释高气压、长气隙时，实际与理论的差别：汤逊理论在解释高气压、长气隙时，实际与理论的差别：放放放放电电电电外外外外形形形形：发发发发生生生生气气气气体体体体击击击击穿穿穿穿时时时时，会会会会出出出出现现现现带带带带有有有有分分分分支支支支的的的的明明明明亮亮亮亮细细细细通通通通道道道道，不像低气压短气隙时的均匀连续发展；不像低气压短气隙时的均匀连续发展；不像低气压短气隙时的均匀连续发展；不像低气压短气隙时的均匀连续发展；放放放放电电电电时时时时间间间间：由由由由正
39、正正正离离离离子子子子迁迁迁迁移移移移率率率率计计计计算算算算出出出出的的的的放放放放电电电电时时时时间间间间比比比比实实实实际际际际放放放放电电电电时时时时间间间间长得多；长得多；长得多；长得多；阴极材料阴极材料阴极材料阴极材料：理论上有关，实际中几乎与阴极材料无关：理论上有关，实际中几乎与阴极材料无关：理论上有关，实际中几乎与阴极材料无关：理论上有关，实际中几乎与阴极材料无关5 5 5 5、流注机理、流注机理、流注机理、流注机理电子碰撞电离电子碰撞电离电子碰撞电离电子碰撞电离：形成初始电子崩：形成初始电子崩：形成初始电子崩：形成初始电子崩空间电荷畸变电场的作用空间电荷畸变电场的作用空间电荷
40、畸变电场的作用空间电荷畸变电场的作用：为衍生崩创造了条件：为衍生崩创造了条件：为衍生崩创造了条件：为衍生崩创造了条件空间光电离空间光电离空间光电离空间光电离：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素流流流流注注注注：由由由由大大大大量量量量正正正正负负负负离离离离子子子子混混混混合合合合形形形形成成成成的的的的等等等等离离离离子子子子体体体体通通通通道道道道（导导导导电电电电性性性性能能能能良好）良好）良好）良好）击穿过程击穿过程击穿过程击穿过程：电子崩：电子崩：电子崩
41、：电子崩流注发展延伸流注发展延伸流注发展延伸流注发展延伸击穿击穿击穿击穿E E E Eexexexex:外加电场外加电场外加电场外加电场E:E:E:E:正空间电荷与负极板产生的电场正空间电荷与负极板产生的电场正空间电荷与负极板产生的电场正空间电荷与负极板产生的电场EEEE：正空间电荷与负空间电荷产生的电场：正空间电荷与负空间电荷产生的电场：正空间电荷与负空间电荷产生的电场：正空间电荷与负空间电荷产生的电场EEEE：负空间电荷与正极板产生的电场：负空间电荷与正极板产生的电场：负空间电荷与正极板产生的电场：负空间电荷与正极板产生的电场E E E E：空间电荷产生的电场与外加电场叠加：空间电荷产生的
42、电场与外加电场叠加：空间电荷产生的电场与外加电场叠加：空间电荷产生的电场与外加电场叠加 后的实际电场后的实际电场后的实际电场后的实际电场5.15.15.15.1、电子崩空间电荷对电场的畸变、电子崩空间电荷对电场的畸变、电子崩空间电荷对电场的畸变、电子崩空间电荷对电场的畸变5.25.25.25.2、正流注的产生、正流注的产生、正流注的产生、正流注的产生 当当当当外外外外施施施施电电电电压压压压为为为为气气气气隙隙隙隙最最最最低低低低击击击击穿穿穿穿电电电电压压压压时时时时，光光光光子子子子在在在在崩崩崩崩尾尾尾尾引引引引发发发发衍生子崩，从正极板出发衍生子崩，从正极板出发衍生子崩，从正极板出发衍
43、生子崩，从正极板出发6 6 6 6、流注机理的结论、流注机理的结论、流注机理的结论、流注机理的结论自自自自持持持持放放放放电电电电条条条条件件件件：起起起起始始始始电电电电子子子子崩崩崩崩头头头头部部部部电电电电荷荷荷荷数数数数量量量量足足足足以以以以畸畸畸畸变变变变电电电电场造成足够的空间光电离场造成足够的空间光电离场造成足够的空间光电离场造成足够的空间光电离 是一常数，工程上一般认为：是一常数，工程上一般认为：是一常数，工程上一般认为：是一常数，工程上一般认为：巴申定律与流注机理在巴申定律与流注机理在巴申定律与流注机理在巴申定律与流注机理在 PdPdPdPd 较大时相一致较大时相一致较大时
44、相一致较大时相一致流流流流注注注注理理理理论论论论实实实实质质质质：二二二二次次次次电电电电子子子子的的的的主主主主要要要要来来来来源源源源是是是是空空空空间间间间光光光光电电电电离离离离；气气气气隙隙隙隙中中中中一一一一旦旦旦旦出出出出现现现现流流流流注注注注，放放放放电电电电就就就就可可可可以以以以由由由由本本本本身身身身产产产产生生生生的的的的空空空空间间间间光光光光电电电电离自行维持。离自行维持。离自行维持。离自行维持。7 7 7 7、流注理论对、流注理论对、流注理论对、流注理论对 Pd Pd Pd Pd 很大空间时放电现象的解释很大空间时放电现象的解释很大空间时放电现象的解释很大空间
45、时放电现象的解释放放放放电电电电外外外外形形形形：衍衍衍衍生生生生电电电电子子子子崩崩崩崩的的的的发发发发展展展展具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的方方方方位位位位，所所所所以以以以流流流流注注注注的推进不可能均匀，随机性使其曲折分支；的推进不可能均匀，随机性使其曲折分支；的推进不可能均匀，随机性使其曲折分支；的推进不可能均匀，随机性使其曲折分支；放放放放电电电电时时时时间间间间：光光光光子子子子以以以以光光光光速速速速传传传传播播播播，衍衍衍衍生生生生崩崩崩崩跳跳跳跳跃跃跃跃式式式式发发发发展展展展，因因因因此此此此放放放放电发展时间很短；电发展时间很短；电发展时间很短；电发展时间很短；阴阴阴阴极极极极材材材材料料料料的的的的影影影影响响响响：维维维维持持持持放放放放电电电电的的的的是是是是光光光光电电电电离离离离而而而而不不不不是是是是表表表表面面面面电电电电离离离离，因而与阴极材料无关。因而与阴极材料无关。因而与阴极材料无关。因而与阴极材料无关。谢谢观赏谢谢观赏