8气体放电的基本理论

放 程度。电子的直径比离子的直径小很多，在运动中受到
电 的碰撞也比离子少得多，因此电子的扩散比离子的扩散
基 快得多。
本 3.带电质点的复合
理
带有异号电荷的质点相遇，发生电荷的传递、中和而
论 还原为中性质点的过程称为复合。复合时，质点原先在
1
游离时所吸取的游离能通常将以光子的形式如数放出。 对负离子来说，复合的过程就是从负离子上游离出原先
理 带电质点的驱引速度。
论
1
13
第
八
章
2.带电质点的扩散
带电质点的扩散就是指这些质点会从浓度较大的区
域转移到浓度较小的区域，从而使带电质点在空间各处 的浓度趋于均匀的过程。
气 体
带电质点的扩散是由杂乱的热运动造成的，而不是 由于同号电荷的电场斥力造成的，因为即使在很大的浓 度下，离子之间的距离仍大到静电力起不到什么作用的
1
11
第 5.负离子的形成
八
章
分子或原子对电子的亲合能E：一个中性分 子或原子与一个电子结合生成一价负离子所释放
气 体 放 电 基
出的能量。E的值越大，就越容易与电子相结合 而成为负离子。
卤素元素的E值比其它元素大的多，因此很 容易俘获一个电子而成为负离子。
如前面所述，离子的游离能力比电子小得多，
吸附的一个电子。
14
第 复合过程的影响因素：
八
与游离过程相似，复合的过程也是带电质点在接近时
章 通过电磁力的相互作用而完成的，需要一定的相互作用时
间和条件。在复合过程中，异号质点间的静电力起着重要
气 体 放 电
作用，这一点与扩散过程不同。 ①参加复合的质点的相对速度愈大，复合的几率就愈
小，气体中电子的速度比离子的速度大得多，所以电子与 正离子复合的几率比负离子与正离子复合的几率小得多 （小几千倍）。参加复合的电子中绝大多数是先形成负离
体 这种光子与气体分子相遇时就可能产生光游离。
放 电 基
由上述热状态的撞击游离和光游离所游离出来的带电 粒子，在高温下具有较高的热运动速度，在与分子碰撞时， 还可能产生撞击游离。
由此可见，热游离实质上是热状态产生的撞击游离和
本 光游离的综合。
理
论
1
9
第 4.表面游离
八
气体中的电子也可能来源于金属电极的表面游离。从
放 应不小于气体的游离能。光游离也可以分级游离的方式来完成。
紫外线、X射线，α、β和γ等短波射线都可以引起光游离。在气
电 体击穿过程中异号带电质点不断复合为中性质点而放出的光子，激发 基 状态的原子还原时放出的光子也有产生光游离的作用，并且是重要的
本 光游离因素。
光游离产生的自由电子称为光电子。宇宙射线中的光子可造成气
这比任何气体的游离能都要小得多，虽然由于气体分子热 运动的统计性质，某些分子的动能远超过此平均值，但
电 其几率是极其微小的，温度升到很高时，气体分子的平均
基 动能增加很多，在互相碰撞时，就可能产生撞击游离。
本
理
论
1
8
第
八
章
在一定热状态下的物质都能发出热辐射，气体也不例
气 外。物体温度升高时，其热辐射光子的能量大，数量多，
本 主要是对某些电弧放电的过程有重要的意义。
理
②二次发射：用某些具有足够能量的质点（例如正离
论 子）撞击金属电极表面，也可能产生表面游离（称为二次
1 发射）。
10
第
八
章
③强场发射： 在电极附近加上很强的外电场，也能从金属电极中拉 出电子，称为强场发射或冷发射。这种发射所需的外电场
气 体
极高，其数量级在106V/cm 左右。一般气隙的击穿场强远 低于此数值，所以，在一般气隙的击穿过程中还不会出现 强场发射。强场发射对某些高压强下的气隙击穿或高真空
体
带电质点在电场力的作用下受到加速，在向电场方向
放Hale Waihona Puke Baidu电 基
运动途中会不断地与气体分子相碰撞，碰撞后会发生散射， 但从宏观来看，是向电场方向作定向运动的。其平均速度 开始是逐渐增加的（因受电场力的加速），但随着速度的 增加，碰撞时失去的动能也增加，最后，在一定的电场强
本 度下，其平均速度将达到某个稳定值。这一平均速度称为
章 金属电极表面逸出电子，需要一定的能量，通常称为逸出
功。金属的逸出功一般要比气体的游离能小得多，所以，
气 表面游离在气体放电过程中有重要作用。
体
金属电极表面游离所需的能量（逸出功）可以通过下
放 电 基
述途径获得： ①热电子发射：即把金属电极加热，使金属中电子的
动能增加到超过逸出功时，电子即能克服金属表面的位能 壁垒而逸出，称为热电子发射。在强电领域，热电子发射
2、光游离
第 短波射线的光子具有很大能量、它以光速运动，当它射到中性原 于(或分子)上时所产生的游离称为光游离，光子的能量与其频率成正
八 比，即
章
Ｗ＝hγ (1—1)
式中 h——普朗克常量，等于6.6260755X10-34J·s；
气
γ——光的频率，Hz。
体
当气体受到光辐射作用时，产生光游离的必要条件是光子的能量
基 子再与正离子复合的。
本
②异号质点的浓度愈大，复合就愈强烈。因此，强烈
理 的游离区通常也总是强烈的复合区，这个区的光亮度也就
论 较高。
1
15
§8-2 气体放电过程的一般描述
第
八 章
气体放电过程描述框图
2007年3月13日
气
电
弱电场
较强电场
弧
体
放
放
电 源
电
气隙
微弱游离
本 因此俘获电子而成为离子这一现象能对气体放电
理 的发展起抑制作用，有助于气体耐电强度的提高。
论
1
12
第 二、气体中带电质点的消失
八
气体中带电质点的消失主要有下列三种方式：带电质
章 点受电场力的作用流入电极并中和电量；带电质点的扩散；
带电质点的复合。
气 1.带电质点受电场力的作用而流入电极，中和电量
理 体游离，并且使游离出来的电子具有很大的动能，可以再造成撞击游 论 离。
7
第
八
3.热游离
章
自由气体的热状态造成的游离称为热游离。热游离实
质上并不是另外一种独立的形式，实质上仍是撞击游离与
气 体 放
光游离，只是其能量来源于气体分子本身的热能。 在室温(20℃) 时，气体分子平均动能仅约0. 038eV，
放 下的气隙击穿具有重要意义。
电
④光电子发射：
基
用短波光照射金属表面也能产生表面游离（称为光电
本 子发射）。当然，此时光子的能量必须大于逸出功，但满
理 足这个条件的光子并不都能产生光电子发射，因为一部分
论
光子会被金属表面反射，金属所吸收的光能中，大部分也 是转化为金属的热能，只有小部分用以使电子逸出。