大气压放电汇总

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

电晕放电

辉光放电区 电弧放电

放电功率 放电电流

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。

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）]

●放电电流和电压

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?

放电电压、电流随时间的变化 DC 放电V —I 曲线

Glow region Arc region

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。

V p >0 ？ 电子流

阴极

直流电源

1)1(=-d e αγ

------

γ

=0.1-0.01。 实际上

γ

包括光电离、潘宁电离

-------非自持放电：

1

)1 (<

-

d

eα

γ

(3)汤逊击穿理论适用条件

●低pd区：pd小于4000 torr•cm ，P: 0.01 to 300 torr。

高气压，大间距条件下不成立---->流注击穿理论

●低电场条件：d

α小

●空间电荷效应弱(仅考虑外电场的加速)

●没有电场的不均匀性

●结果：放电击穿速度慢，time lag 10-5 s

●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

●击穿仍然由电子雪崩过程解释（电子雪崩示意图如下图）

●电子雪崩对空间电场的影响

●电子雪崩的发展

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 →→break up in parts due to electrostatic repulsion)

(5)汤逊、流注击穿的不同

●适用的pd区不同

α~20；汤逊：dα~3

●电场强弱不同：流注：d

●空间电荷效应强弱

●电场不均匀性

●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.

是电子迁移速度的10倍。

●二次电子: 汤逊---离子轰击阴极；流注----光电离

●电子雪崩数量：汤逊---许多；流注--- 一个or几个

●

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

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

●

选用击穿电压低的气体：He,Ne,Ar

● 减小放电间隙

(b)采用预电离

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。