气体放电的物理过程1PPT课件
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5
ed 1≥1
∵ e ad>>1
∴自持放电条件可写为： e ad ≥1
外加电场增 大到一定程 度，才能满 足自持放电 条件
不均匀电场中，各处的 a值不同，自持放电条件为：
d
(e
adx 0
1)
≥1
6
Townsend放电理论总结：
外界电离因子
阴极表面电离 气体空间电离
气体中的自由电子 在电场中加速 碰撞电离
1—主电子崩2—二次电子崩
24
24
3—流注
(3)主放电阶段： ——正流注向阴极推进
流注不断向阴极报进，且随 着流注接近阴极，其头部电 场越来越强，因而其发展也 越来越快
流注发展到阴极，间隙被导 电良好的等离子通道所贯通， 间隙的击穿完成，这个电压 就是击穿电压
25
25
正流注形成过程：（当外加电压不是很高时）
– λ大d小，γ远大于d，碰撞电离来不及发生 – 击穿电压似乎应不断上升，但实际上电压U上升到一定
程度后，场致发射(强场发射)将导致击穿，汤逊的碰撞 电离理论不再适用，击穿电压将不再增加
10
• pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：
– 放电外形：均匀连续，如辉光放电 具有分支的细通道（火花通道）
0 ns 3 ns 5 ns 7 ns
(a)电子空间分布
0 ns 3 ns 5 ns 7 ns
（b）电场空间分布
28
• 流注仿真计算结果与实验结果比较
– 日本东京大学学者Ryo Ono采用ICCD相 机拍摄0.5 cm棒板间隙流注放电过程的放 电图像，为了便于比较，仿真计算也采用 Ryo Ono实验中相同的条件。
0.55
巴申曲线表明，改变极间距离d的同时，也相应改变气压p 而使pd的乘积不变，则极间距离不等的Ub却彼此相等；其次
Ub不是pd的单调函数，而是U型曲线，有极小值
14
巴申定律曲线呈U型，可解释如下：
d一 定 p 电 碰 子 撞 自 次 电 由 数 离 行 概 程 U b 率 d一 定 p 电 碰 子 撞 自 次 电 由 数 离 行 概 U 程 b率 p一 定 d E 碰 (撞 U/d )次 电 数离概 U b率
23
1—主电子崩 2—二次电子崩
3—流注
23
（2） 流注阶段
二次电子崩中的电子进入主电子崩头 部的正空间电荷区（电场强度较小）， 大多形成负离子。大量的正、负带电 质点构成了等离子体，这就是正流注
流注通道导电性良好，其头部又是二 次电子崩形成的正电荷，因此流注头 部前方出现了很强的电场
流注头部的电离放射出大量光子，继 续引起空间光电离。流注前方出现新 的二次电子崩，它们被吸引向流注头 部，延长了流注通道
3•1初崩头部电子数要达到108时，放电才能转为自持，出现流注。
流注理论和汤逊理论比较：
➢ 汤逊理论 ➢ 适用于解释均匀电场低气
压、短气隙的情况 （pd<26.66kPa·cm） ➢ 可定量分析（巴申定律） 气隙的击穿电压是pd的函数
➢ 认为电子碰撞电离是气体 放电的主要原因，和阴极 上的二次发射过程是气体 自持放电的决定性因素，
二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积 pd有关。 pd 值较小时自持放电的条件可用汤逊理论来说明； pd值较大时则要用流注理论来解释。 这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（范围内气 体放电的现象
2
（1） 过程与自持放电条件
γ过程：产生二次电子的过程
—电子崩中的正离子在返回阴极时，由于其具有的位能和 动能，撞击阴极时引起阴极表面电离，产生 二次电子 —正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁回正常态时， 所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离，
E 电场大大削弱，有助于发
生复合过程，发射出光子 ex 这些光子将导致空间光电离
0
22
E ex
合成电场
dx
光电离的作用：二次电子崩
当电子崩走完整个间 隙后，大密度的头部 空间电荷大大加强了 后部的电场，并向周 围放射出大量光子
光子引起空间光电离， 在受到畸变而加强了 的电场中，造成了新 的电子崩，称为二次 电子崩
（3）阴极材料 大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电 36 离产生电子维持，因此与阴极材料无关。
本节重点
1. 汤逊放电理论和流注理论的使用范围； 2. 汤逊放电描述的电子崩发展过程； 3. 电子碰撞游离系数α； 4. 汤逊理论的自持放电条件及其物理解释； 5. 巴申定律及其在实际中的应用； 6. 流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上
p一 定 d E 碰 (撞 U/d )次 电 数 离 概 U b 率
∴高气压、高真空都可以提高击穿电压，工程上已 得到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）
15
• 2.巴申定律的使用范围：气体温度不变
对于气温非恒定的情况
改写
Ub f(pd)
Ub F(d)
δ是气体相对密度：相对于标准大气条件
17
18
19
• 考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的因素:
– 空间电荷对原有电场的影响——畸变； – 空间光电离的作用。
• 流注理论认为：电子的碰撞游离和空间光游离是形 成自持放电的主要因素，
• 放电的三个阶段：
– 电子崩阶段 – 流柱阶段 – 主放电阶段
20
（1）电子崩阶段
• 电子崩崩头集中着电子，其后是正离子，形状似半球形 锥体；
(2). 放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间 (3). 阴极材料的影响：阴极材料对放电电压影响不大
•流注理论的解释
（1）放电外形 二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀， 而且具有分支。
（2）放电时间 二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以流 注发展非常快。
– 计算得到的流注发展时间、流注发展形状 都与实验结果吻合较好。验证了仿真计算 的可行性.
负流注形成过程： （当外加电压足够高时）
上述由初崩中辐射出的光子，在崩头崩尾 空间的局部场强中衍射出二次电子 崩，并汇合到主崩通道中来，使主崩通道不断高速向前、向后延伸的过程成 为29流柱
●流注的特点 —电离强度很大 传播速度很快 导电性能良好
将 的计算式代入自持放电条件
Ap
Bpd
deUb
ln(1
1)
Bpd
击穿电压：
Ub
ln
Apd
ln(11/
)
Ub f1pd
温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压Ub是气体压强和电 极13 间距离的乘积pd的函数
• 实验求得均匀电场中几种气体击穿电压Ub与pd的关系
325V
Umin不是出 现在常压 下，而是 出现在低 气压，即 空气相对 密度很小 的情况下。
●自持放电条件
形成流注后，放电就可以由本身产生的空间光电离自行维持，即 转为自持放电。如果电场均匀，间隙就将被击穿。形成流注的条 件（即自持放电条件），在均匀电场中也就是导致击穿的条件：
●形成流柱的条件
初始电子崩头部的负电荷必须达到一定数量，造成必要的局部电 场的强化和足够的空间光电离。
实验得出 ead 108 或 ad20
➢ 流柱理论
➢ 适用于解释不均匀电场、 高气压、长气隙的情况 （pd>26.66kPa·cm）
➢ 只是定性分析。
➢ 认为电子碰撞电离及空间 光电离是维持自持放电的 主要因素，并强调了空间 电荷畸变电场的作用。
33
无法用汤逊理论解释的现象：
(1).放电外形：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道
子数为： (ed 1)
这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正 离子，如此循环下去。
4
自持放电条件为 (ed 1)1
：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的
二次电子数
：电子碰撞电离系数
d ：两极板距离
一个电子在自己进入阳极后可以由及过程在阴极上
又产生一个新的替身，从而无需外电离因素放电即可 继续进行下去。
– 阴极材料：实测的击穿电压和阴极材料无关 ； – 放电时间：计算值比实测值要大得多； – 击穿电压：与理论计算不一致；
pd较大时，汤逊理论不再适用的主要原因是：
忽略了带电质点改变电场分布 忽略了光电离
11
1.1.4 巴申定律与适用范围
1、巴申定律
当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub) 是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。
初崩 空间光电离 二次电子崩
汇入初崩 流注
26
在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片
+
T1 < t2 < t3 < t4 < t5 + Nhomakorabea-
-
正流注的发展速度约为11082108cm/s 流注通道的直径一般不超过零点几毫米
流注通道内正负质点的复合，使通道发出微弱的光亮
27
27
交流长间隙放电中流注过程仿真
1.1 气体放电的基本物理过程 本节内容：
➢1.1.1 带电质点的产生 ➢1.1.2 带电质点的消失 ➢1.1.3 电子崩与汤逊理论 ➢1.1.4 巴申定律与适用范围 ➢1.1.5 不均匀电场中的气体放电
1
2、汤逊理论
只有电子崩过程是不会发生自持放电的。 自持放电，必须初始电子崩消失前产生新的电子 （二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。
a 阴极表面二次发射 正离子 电子崩（ 过程）
（ 过程）
当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所 示7 的循环不息的状态，放电就能自己维持下去
• 总结： 1. 将电子崩和阴极上的γ过程作为气体自持放电
的决定因素是汤逊理论的基础。 2. 汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的
主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表 面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体 放电的必要条件。 3. 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持 放电的判据。
8
1-2 简要论述汤逊放电理论。p49
• 答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此 电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至eαd个。假设 每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd－1）个 正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴 极．按照系数的定义，此（ eαd －1）个正离子在到达阴极 表面时可撞出γ（ eαd －1）个新电子，则(eαd -1)个正离子 撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子， 以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达 到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为γ（ eαd －1）≥1或γeαd ≥1 。
Ps=101.3KPa，Ts=293K
Ts P 2.9P
Ps T
T
16
补充：气体放电的流注理论
Pd>26.66kPa·cm（200mmHg·cm）时， 一些无法用汤逊理论解释的现象 例如自然界的雷电，它发生在两块雷云之间或雷云与 大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的γ过 程和二次电子发射根本无关。
• 空间电荷分布极不均匀，大大加强了崩头及崩尾的电场， 削弱了电子崩内部的电场；
21
空间电荷畸变外电场 大大加强了崩头及崩尾的 电场，削弱了崩头内正、 负电荷区域之间的电场
电子崩头部：电场明显增强， 有利于发生分子和离子的 激励现象，当它们回复到 正常状态时，放射出光子
崩头内部正、负电荷区域： E
– 由仿真结果看出，空间电荷畸变了空间电 场，使棒电极附近电场减小，电荷下方电 场增大这一强电场区域电离剧烈，并辐射 光子，造成光电离，形成二次电子崩，二 次电子崩被正电荷吸引，进入主电子崩， 空间电荷继续畸变空间电场，使电场强度 最大区域向前发展，从而流注通道向前发 展，经过7 ns时间流注到达负极板。
9
（2）汤逊理论的适用范围： ———低气压、短间距、均匀电场
• 汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的，其适用于 pd<26.66kPa ·cm（即200cm·mmHg）。 pd过大过小，
汤逊理论就不再适用。
• pd过小时（极低气压高、距离实际不可能过小）
– 气体稀薄，密度小，带电质点易扩散，不宜形成局部场 强；
Ub f(pd)
•根据自持放电条件，导出：
ub
B( pd) ln[lnA(1( pd1))]
f ( pd)
•A、B是与气体种类有关的常数，
•ub为12 气温不变时，均匀电场中气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。
补充：击穿电压公式的推导
1eUEi
BP
ApeE
E Ub d
(ed 1 ) 1 ed1 1 dln 1 (1 )
—统称为γ过程。
γ系数：表面电离系数 —一个正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数
3
推导自持放电条件：
设外界电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电
子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至： ed
在d行程中，产生总电子数为：(ed 1) 极空间正离子数为 ： (ed 1)
由γ系数的定义，正离子在到达阴极表面时可撞出新电
ed 1≥1
∵ e ad>>1
∴自持放电条件可写为： e ad ≥1
外加电场增 大到一定程 度，才能满 足自持放电 条件
不均匀电场中，各处的 a值不同，自持放电条件为：
d
(e
adx 0
1)
≥1
6
Townsend放电理论总结：
外界电离因子
阴极表面电离 气体空间电离
气体中的自由电子 在电场中加速 碰撞电离
1—主电子崩2—二次电子崩
24
24
3—流注
(3)主放电阶段： ——正流注向阴极推进
流注不断向阴极报进，且随 着流注接近阴极，其头部电 场越来越强，因而其发展也 越来越快
流注发展到阴极，间隙被导 电良好的等离子通道所贯通， 间隙的击穿完成，这个电压 就是击穿电压
25
25
正流注形成过程：（当外加电压不是很高时）
– λ大d小，γ远大于d，碰撞电离来不及发生 – 击穿电压似乎应不断上升，但实际上电压U上升到一定
程度后，场致发射(强场发射)将导致击穿，汤逊的碰撞 电离理论不再适用，击穿电压将不再增加
10
• pd过大时（气压高、距离大）汤逊理论无法解释：
– 放电外形：均匀连续，如辉光放电 具有分支的细通道（火花通道）
0 ns 3 ns 5 ns 7 ns
(a)电子空间分布
0 ns 3 ns 5 ns 7 ns
（b）电场空间分布
28
• 流注仿真计算结果与实验结果比较
– 日本东京大学学者Ryo Ono采用ICCD相 机拍摄0.5 cm棒板间隙流注放电过程的放 电图像，为了便于比较，仿真计算也采用 Ryo Ono实验中相同的条件。
0.55
巴申曲线表明，改变极间距离d的同时，也相应改变气压p 而使pd的乘积不变，则极间距离不等的Ub却彼此相等；其次
Ub不是pd的单调函数，而是U型曲线，有极小值
14
巴申定律曲线呈U型，可解释如下：
d一 定 p 电 碰 子 撞 自 次 电 由 数 离 行 概 程 U b 率 d一 定 p 电 碰 子 撞 自 次 电 由 数 离 行 概 U 程 b率 p一 定 d E 碰 (撞 U/d )次 电 数离概 U b率
23
1—主电子崩 2—二次电子崩
3—流注
23
（2） 流注阶段
二次电子崩中的电子进入主电子崩头 部的正空间电荷区（电场强度较小）， 大多形成负离子。大量的正、负带电 质点构成了等离子体，这就是正流注
流注通道导电性良好，其头部又是二 次电子崩形成的正电荷，因此流注头 部前方出现了很强的电场
流注头部的电离放射出大量光子，继 续引起空间光电离。流注前方出现新 的二次电子崩，它们被吸引向流注头 部，延长了流注通道
3•1初崩头部电子数要达到108时，放电才能转为自持，出现流注。
流注理论和汤逊理论比较：
➢ 汤逊理论 ➢ 适用于解释均匀电场低气
压、短气隙的情况 （pd<26.66kPa·cm） ➢ 可定量分析（巴申定律） 气隙的击穿电压是pd的函数
➢ 认为电子碰撞电离是气体 放电的主要原因，和阴极 上的二次发射过程是气体 自持放电的决定性因素，
二次电子的产生机制与气压和气隙长度的乘积 pd有关。 pd 值较小时自持放电的条件可用汤逊理论来说明； pd值较大时则要用流注理论来解释。 这两种理论互相补充，可以说明广阔的pd（范围内气 体放电的现象
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（1） 过程与自持放电条件
γ过程：产生二次电子的过程
—电子崩中的正离子在返回阴极时，由于其具有的位能和 动能，撞击阴极时引起阴极表面电离，产生 二次电子 —正负离子复合时，以及分子由激励态跃迁回正常态时， 所产生的光子到达阴极表面都将引起阴极表面电离，
E 电场大大削弱，有助于发
生复合过程，发射出光子 ex 这些光子将导致空间光电离
0
22
E ex
合成电场
dx
光电离的作用：二次电子崩
当电子崩走完整个间 隙后，大密度的头部 空间电荷大大加强了 后部的电场，并向周 围放射出大量光子
光子引起空间光电离， 在受到畸变而加强了 的电场中，造成了新 的电子崩，称为二次 电子崩
（3）阴极材料 大气条件下的气体放电不依赖阴极表面电离，而是靠空间光电 36 离产生电子维持，因此与阴极材料无关。
本节重点
1. 汤逊放电理论和流注理论的使用范围； 2. 汤逊放电描述的电子崩发展过程； 3. 电子碰撞游离系数α； 4. 汤逊理论的自持放电条件及其物理解释； 5. 巴申定律及其在实际中的应用； 6. 流注理论与汤逊理论在考虑放电发展因素上
p一 定 d E 碰 (撞 U/d )次 电 数 离 概 U b 率
∴高气压、高真空都可以提高击穿电压，工程上已 得到广泛应用（如：压缩空气开关、真空开关等）
15
• 2.巴申定律的使用范围：气体温度不变
对于气温非恒定的情况
改写
Ub f(pd)
Ub F(d)
δ是气体相对密度：相对于标准大气条件
17
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19
• 考虑了高气压、长气隙情况下不容忽视的因素:
– 空间电荷对原有电场的影响——畸变； – 空间光电离的作用。
• 流注理论认为：电子的碰撞游离和空间光游离是形 成自持放电的主要因素，
• 放电的三个阶段：
– 电子崩阶段 – 流柱阶段 – 主放电阶段
20
（1）电子崩阶段
• 电子崩崩头集中着电子，其后是正离子，形状似半球形 锥体；
(2). 放电时间：放电时间短于正离子在通道中到达阴极的行程时间 (3). 阴极材料的影响：阴极材料对放电电压影响不大
•流注理论的解释
（1）放电外形 二次崩的发展具有不同的方位，所以流注的推进不可能均匀， 而且具有分支。
（2）放电时间 二次崩的起始电子是光子形成的，而光子以光速传播，所以流 注发展非常快。
– 计算得到的流注发展时间、流注发展形状 都与实验结果吻合较好。验证了仿真计算 的可行性.
负流注形成过程： （当外加电压足够高时）
上述由初崩中辐射出的光子，在崩头崩尾 空间的局部场强中衍射出二次电子 崩，并汇合到主崩通道中来，使主崩通道不断高速向前、向后延伸的过程成 为29流柱
●流注的特点 —电离强度很大 传播速度很快 导电性能良好
将 的计算式代入自持放电条件
Ap
Bpd
deUb
ln(1
1)
Bpd
击穿电压：
Ub
ln
Apd
ln(11/
)
Ub f1pd
温度不变时，均匀电场中气体的击穿电压Ub是气体压强和电 极13 间距离的乘积pd的函数
• 实验求得均匀电场中几种气体击穿电压Ub与pd的关系
325V
Umin不是出 现在常压 下，而是 出现在低 气压，即 空气相对 密度很小 的情况下。
●自持放电条件
形成流注后，放电就可以由本身产生的空间光电离自行维持，即 转为自持放电。如果电场均匀，间隙就将被击穿。形成流注的条 件（即自持放电条件），在均匀电场中也就是导致击穿的条件：
●形成流柱的条件
初始电子崩头部的负电荷必须达到一定数量，造成必要的局部电 场的强化和足够的空间光电离。
实验得出 ead 108 或 ad20
➢ 流柱理论
➢ 适用于解释不均匀电场、 高气压、长气隙的情况 （pd>26.66kPa·cm）
➢ 只是定性分析。
➢ 认为电子碰撞电离及空间 光电离是维持自持放电的 主要因素，并强调了空间 电荷畸变电场的作用。
33
无法用汤逊理论解释的现象：
(1).放电外形：在大气压下放电不再是辉光放电，而是火花通道
子数为： (ed 1)
这些电子在电极空间的碰撞电离同样又能产生更多的正 离子，如此循环下去。
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自持放电条件为 (ed 1)1
：一个正离子撞击到阴极表面时产生出来的
二次电子数
：电子碰撞电离系数
d ：两极板距离
一个电子在自己进入阳极后可以由及过程在阴极上
又产生一个新的替身，从而无需外电离因素放电即可 继续进行下去。
– 阴极材料：实测的击穿电压和阴极材料无关 ； – 放电时间：计算值比实测值要大得多； – 击穿电压：与理论计算不一致；
pd较大时，汤逊理论不再适用的主要原因是：
忽略了带电质点改变电场分布 忽略了光电离
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1.1.4 巴申定律与适用范围
1、巴申定律
当气体成份和电极材料一定时，气体间隙击穿电压(ub) 是气压(p)和极间距离(d)乘积的函数。
初崩 空间光电离 二次电子崩
汇入初崩 流注
26
在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片
+
T1 < t2 < t3 < t4 < t5 + Nhomakorabea-
-
正流注的发展速度约为11082108cm/s 流注通道的直径一般不超过零点几毫米
流注通道内正负质点的复合，使通道发出微弱的光亮
27
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交流长间隙放电中流注过程仿真
1.1 气体放电的基本物理过程 本节内容：
➢1.1.1 带电质点的产生 ➢1.1.2 带电质点的消失 ➢1.1.3 电子崩与汤逊理论 ➢1.1.4 巴申定律与适用范围 ➢1.1.5 不均匀电场中的气体放电
1
2、汤逊理论
只有电子崩过程是不会发生自持放电的。 自持放电，必须初始电子崩消失前产生新的电子 （二次电子）来取代外电离因素产生的初始电子。
a 阴极表面二次发射 正离子 电子崩（ 过程）
（ 过程）
当自持放电条件得到满足时，就会形成图解中闭环部分所 示7 的循环不息的状态，放电就能自己维持下去
• 总结： 1. 将电子崩和阴极上的γ过程作为气体自持放电
的决定因素是汤逊理论的基础。 2. 汤逊理论的实质是电子碰撞电离是气体放电的
主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极表 面使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体 放电的必要条件。 3. 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持 放电的判据。
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1-2 简要论述汤逊放电理论。p49
• 答: 设外界光电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此 电子到达阳极表面时由于过程，电子总数增至eαd个。假设 每次电离撞出一个正离子，故电极空间共有（eαd－1）个 正离子。这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴 极．按照系数的定义，此（ eαd －1）个正离子在到达阴极 表面时可撞出γ（ eαd －1）个新电子，则(eαd -1)个正离子 撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子， 以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达 到自持放电。即汤逊理论的自持放电条件可表达为γ（ eαd －1）≥1或γeαd ≥1 。
Ps=101.3KPa，Ts=293K
Ts P 2.9P
Ps T
T
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补充：气体放电的流注理论
Pd>26.66kPa·cm（200mmHg·cm）时， 一些无法用汤逊理论解释的现象 例如自然界的雷电，它发生在两块雷云之间或雷云与 大地之间，这时不存在金属阴极，因而与阴极上的γ过 程和二次电子发射根本无关。
• 空间电荷分布极不均匀，大大加强了崩头及崩尾的电场， 削弱了电子崩内部的电场；
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空间电荷畸变外电场 大大加强了崩头及崩尾的 电场，削弱了崩头内正、 负电荷区域之间的电场
电子崩头部：电场明显增强， 有利于发生分子和离子的 激励现象，当它们回复到 正常状态时，放射出光子
崩头内部正、负电荷区域： E
– 由仿真结果看出，空间电荷畸变了空间电 场，使棒电极附近电场减小，电荷下方电 场增大这一强电场区域电离剧烈，并辐射 光子，造成光电离，形成二次电子崩，二 次电子崩被正电荷吸引，进入主电子崩， 空间电荷继续畸变空间电场，使电场强度 最大区域向前发展，从而流注通道向前发 展，经过7 ns时间流注到达负极板。
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（2）汤逊理论的适用范围： ———低气压、短间距、均匀电场
• 汤逊理论是在低气压pd较小条件下建立起来的，其适用于 pd<26.66kPa ·cm（即200cm·mmHg）。 pd过大过小，
汤逊理论就不再适用。
• pd过小时（极低气压高、距离实际不可能过小）
– 气体稀薄，密度小，带电质点易扩散，不宜形成局部场 强；
Ub f(pd)
•根据自持放电条件，导出：
ub
B( pd) ln[lnA(1( pd1))]
f ( pd)
•A、B是与气体种类有关的常数，
•ub为12 气温不变时，均匀电场中气体的自持放电起始电压等于气隙击穿电压。
补充：击穿电压公式的推导
1eUEi
BP
ApeE
E Ub d
(ed 1 ) 1 ed1 1 dln 1 (1 )
—统称为γ过程。
γ系数：表面电离系数 —一个正离子撞击阴极表面时产生的二次电子数
3
推导自持放电条件：
设外界电离因素在阴极表面产生了一个自由电子，此电
子到达阳极表面时由于α过程，电子总数增至： ed
在d行程中，产生总电子数为：(ed 1) 极空间正离子数为 ： (ed 1)
由γ系数的定义，正离子在到达阴极表面时可撞出新电