大气压放电

高气压，大间距条件下不成立---->流注击穿理论
αd z 低电场条件：
小
z 空间电荷效应弱(仅考虑外电场的加速)
z 没有电场的不均匀性
z 结果：放电击穿速度慢，time lag 10-5 s
z 暗放电、电晕、辉光(弱放电，空间电荷的电场低于外部电场)
(4)流注击穿
z 击穿仍然由电子雪崩过程解释（电子雪崩示意图如下图）
阴极
V p>电0 子？流
直流电源
γ (eαd − 1) = 1
γ γ ------ =0.1-0.01。 实际上 包括光电离、潘宁电离
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γ (eαdቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-------非自持放电：
− 1)
<1
(3)汤逊击穿理论适用条件
z 低pd区：pd 小于4000 torr cm ，P: 0.01 to 300 torr。
z 电子雪崩对空间电场的影响
z 电子雪崩的发展
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发展方向：anode-directed,or cathode—directed 与具体条件有关
发展速度：极快（光子电离） 最终结果：形成连接阴极、阳极的局部放电通道（10-2-10-1cm）→→streamer Streamer Branch(原因: stream too large ÆÆ break up in parts due to electrostatic repulsion) (5)汤逊、流注击穿的不同
z 适用的pd区不同
αd αd z 电场强弱不同：流注：
~20；汤逊：
~3
z 空间电荷效应强弱
z 电场不均匀性
z 雪崩发展（击穿速度或 time lag）：
汤逊击穿---依赖离子轰击阴极产生二次电子； 电子倍增速度与离子的电迁移速度有关：10-5 cm/s 流注击穿---光电离，电子倍增速度与光传播速度有关:108cm/s.
(b)采用预电离
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非均匀流光放电区 均匀辉光放电区 预 电 离 密 度 （ cm-3）
(C)放电频率（射频） 射频辉光放电
(d)快脉冲放电
阳极
预电离密度增加Æ电子密度增加Æ电子雪崩密 度增加Æ电子雪崩重叠Æ均匀放电
阴极
快 脉 冲 ：电 压 上 升 快 Æ 电 子 离 阴 极 近 Æ 电 子 雪 崩 半径大Æ电子雪崩可以重叠Æ均匀放电
是电子迁移速度的10倍。
z 二次电子: 汤逊---离子轰击阴极；流注----光电离
z 电子雪崩数量：汤逊---许多；流注--- 一个or几个
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z 放电通道：汤逊---在整个电极区，放电均匀
流注--- 一个or几个通道，放电不均匀
汤逊放电的电子雪崩示意图 多个同时在纵向、横向均匀发展，不同雪崩
overlap, 形成均匀的击穿通道。
相同点：两者均由电子雪崩形成 7． 大面积大气压均匀放电的技术方法
(1) 大面积均匀放电的基本条件 （a）均匀的汤逊击穿; (b) 均匀击穿后的均匀放电维持： 不产生glow to arc(GTA)的transition.
（2）均匀的汤逊击穿的实现方法 （a）降低击穿电压
z 选用击穿电压低的气体：He,Ne,Ar z 减小放电间隙
大气压放电 1． 必要性和优点
（a） 无需真空室 （b） 可批量处理，生产效率高 （c） 投入运行成本 2． 大气压放电的模式
3．放电模式随气压的变化
放 电 电 流
辉光放电区
电弧放电 电晕放电
放电功率
1
4． 大气辉光放电的优点 同电晕比较：放电强，处理速度快 同电弧比较：放电均匀，处理均匀 放电效率高：例：在空气中维持 1 个 ion-electron 对 glow 需 81eV, Arc 需要 10,000 eV per。
(3)阻止或延迟glow to arc transition(GAT)的方法 (a)限流电阻（分立或阻性阴极） (b)降低阴极电位
z 等离子体阴极
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发展: 微空心阴极
z 空心阴极 z 等离子体阴极（详细内容）
放电I-V特性
空心阴极结构
I-V特性曲线
第二阳极电压保持不变，空心阴极电压随电流的变化
5． 大气压辉光放电的困难 （1）辉光放电区域随气压减小 （2）大气压放电中的热不稳定性（正反馈效应）
正反馈效应：放电局部增→局部气体加热增强→气体温度增加→局部气体密度降低，折合 电场强度（E/n）增加,电子能谱向高能区增加 实验例子：[高气压，负高压（充电电容）]
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●放电电流和电压
Glow region
Arc region
放电电压、电流随时间的变化
DC 放电 V—I 曲线
实验结果：放电模式转化时间 T(Glow to Arc)随气压的变化
问题 1：放电在何处易于收缩？ 问题 2：如何抑制 glow to arc 的 transition?
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问题 3: Arc filament 放电均由 glow 放电转化产生？ 6． 大气压击穿模式 （1）预备概念： （a）电子雪崩----击穿放电的基础模型 从阴极产生的第一个起始电子，从电场获得一定动能从阴极产生的第一个起始电子，从电场获得一定 动能后，会碰撞电离出一个第二代电子，这两个电子作为后，会碰撞电离出一个第二代电子，这两个电子 作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子， 这时空间已存在四个自由电子。这样一代一代不断增加的过程，会使带电质点迅速增加，如同发生雪崩一 样。 电子崩具显圆锥形，电子集中在崩头，尾部为正离 （b）光电离
电子、离子复合过程会以光子的形式释放能量，产生能量，产生光辐射光辐射。这种光辐 射在一定条件下。这种光辐射在一定条件下有可能成为导致电离的因素（如流柱理论中二有 可能成为导致电离的因素（如流柱理论中二次电子崩的起因）
(2)汤逊击穿 ●α过程： 电子在运动中碰撞电离： 电子在运动中碰撞电离： α是一个电子是一个电子沿电场方向运 动沿电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数。 ●γ过程： 正离子轰击阴极产生表面电离： 正离子轰击阴极产生表面电离： γ是一个一个正离子从阴 极轰击出的自由电子个数正离子从阴极轰击出的自由电子个数。 ●击穿击穿过程： 上述两个过程交替重复进行，自由电上述两个过程交替重复进行，自由电子数目越来越多， 最终导致击穿 ●汤逊放电的自持条件： 离子轰击产生一个电子、电力电离产生一个电子，到达阳极损失一个电子。