辉光放电
辉光放电
辉光放电（Glow discharge）辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。
比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。
同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。
§6.1 辉光放电的产生及典型条件最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A特性曲线。
管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。
放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。
限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。
如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。
辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）；弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。
辉光放电的典型条件：①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似均匀。
②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。
一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电；③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电压U b，否则不能起辉。
§6.2 辉光放电的组成区域和基本特征对于一对平行平板放电电极，典型的辉光放电外貌如图6.2(a)。
从阿斯顿暗区到负辉区称为阴极位降区或阴极区。
下面对各放电区一一进行介绍。
1、阿斯顿暗区（Aston Dark Space）：它是仅靠阴极的一层很薄的暗区，是有Aston首先在H2、He、Ne放电中观察到的放电暗区，所以称为阿斯顿暗区。
辉光放电原理
辉光放电原理
辉光放电是一种在气体中产生的放电现象，其原理是通过在两个电极之间加上
足够的电压，使得气体分子发生电离，产生等离子体，从而产生可见的光。
辉光放电在许多领域都有重要的应用，比如荧光灯、氖灯、等离子体显示器等。
在本文中，我们将深入探讨辉光放电的原理及其应用。
辉光放电的原理主要包括以下几个方面：
1. 电离和复合过程。
当两个电极之间的电压足够大时，电场会加速气体分子，使得它们发生电离。
这些电离的正负离子会在电场的作用下向两个电极移动，当它们再次相遇时，会发生复合过程，释放出光子。
这些光子就是我们所看到的辉光。
2. 离子化和激发态。
在辉光放电中，气体分子被电场离子化后，产生的离子和电子会在电场的作用
下获得能量，从基态跃迁到激发态。
当它们返回基态时，会释放出光子，形成辉光。
3. 电子碰撞激发。
在辉光放电中，电子和气体分子碰撞后会获得能量，使得气体分子跃迁到激发态。
当气体分子返回基态时，会释放出光子，形成辉光。
辉光放电在实际应用中有着广泛的用途。
比如在荧光灯中，通过辉光放电产生
的紫外线激发荧光粉发光；在氖灯中，氖气被放电后产生的红色光线被用于广告招牌和指示灯；在等离子体显示器中，通过辉光放电产生的等离子体来显示图像。
总的来说，辉光放电是一种重要的放电现象，其原理包括电离和复合过程、离
子化和激发态、电子碰撞激发等。
它在荧光灯、氖灯、等离子体显示器等领域有着
广泛的应用。
通过对辉光放电原理的深入理解，我们可以更好地应用这一现象，推动科技的发展和进步。
辉光放电的特征
辉光放电的特征辉光放电是一种在气体中产生的电放电现象，具有独特的特征和表现形式。
以下将详细介绍辉光放电的特征。
一、起始电压和电流特征辉光放电的起始电压是指在特定条件下，气体中发生辉光放电所需的最低电压。
起始电压取决于气体种类和气体压力。
当电压达到起始电压时，气体中的电子会被加速，从而导致电离和电子的碰撞。
辉光放电的起始电流是指在起始电压下，气体中开始出现辉光放电的最低电流。
起始电压和电流是判断辉光放电是否发生的重要指标。
二、辉光颜色和亮度特征辉光放电的颜色和亮度取决于气体种类和气体压力。
不同的气体在辉光放电时会产生不同的颜色，如氮气放电呈现出紫色，氧气放电呈现出蓝绿色。
辉光放电的亮度也会随着电压和电流的变化而改变，较低的电压和电流通常会产生较暗的辉光，而较高的电压和电流则会产生较亮的辉光。
三、放电形态特征辉光放电的形态多种多样，常见的形态有均匀辉光、不均匀辉光和闪烁辉光。
均匀辉光指的是整个放电区域均匀发光，没有明显的亮暗区域。
不均匀辉光指的是放电区域呈现出明显的亮暗变化，可能形成条纹、斑点或环状等图案。
闪烁辉光指的是放电区域的亮度会快速变化，呈现出明暗交替的效果。
四、声音和气味特征辉光放电在发生时通常会伴随着声音和气味的产生。
声音是由于放电过程中气体分子的碰撞和振动所产生的，不同的气体放电会产生不同的声音。
气味则是由于放电过程中产生的化学反应和物质释放所引起的。
例如，臭氧放电会产生一种特殊的气味。
五、放电路径特征辉光放电通常会沿着特定的路径传导，这条路径被称为放电通道。
放电通道的形态和位置取决于电极的形状和排列方式，以及气体的性质和压力。
在辉光放电发生时，放电通道会呈现出明显的亮度和形状变化，如放电通道可能会呈现出分支、弯曲或扩散的形态。
辉光放电具有起始电压和电流特征、辉光颜色和亮度特征、放电形态特征、声音和气味特征以及放电路径特征等独特的特点。
通过对这些特征的观察和分析，可以更好地理解和研究辉光放电现象，为相关领域的应用和发展提供基础和指导。
辉光放电的原理和特点
辉光放电的原理和特点
辉光放电是指当高电压施加在两电极之间时，使气体电离并形成带有辉光的放电现象。
其原理和特点如下：
原理：
1. 电离：当电场强度达到一定程度时，电子可以从原子或分子中获得足够的能量，从而使原子或分子发生电离，形成自由电子和带正电的离子。
2. 加速：在电场的作用下，自由电子受到加速，形成高速电子束。
3. 碰撞电离：高速电子束与气体分子碰撞，导致更多的电离发生。
4. 电荷并重新组合：电子束与正离子重新组合，从而形成带有辉光的电流。
特点：
1. 显著的辉光：辉光放电具有明显的辉光现象，使得放电区域呈现出明亮的光辉，有时还伴随着闪烁或变色。
2. 电场强度高：辉光放电需要较高的电场强度，使得气体达到电离的状态。
3. 电流密度低：辉光放电通常具有较低的电流密度，不会使电极过热或引发火花放电。
4. 稳定性好：辉光放电相对稳定，具有较长的寿命，因为形成的辉光电流可以持续流动。
5. 用途广泛：辉光放电可以应用于灯泡、气体放电显示器、气体激光器、电子显微镜等领域，具有重要的实际应用价值。
辉光放电
E 4 d 2U 4( ) 0 dx2
• 空间复合0
乱向运动为主
无雪崩式电离过程
快电子碰撞电离带电粒子
电子温度 快电子碰撞电离双极性扩散引起 的带电粒子损耗
发光:
• 靠激发原子而不是复合
• 发光强度 I
第五章：辉光放电
5.4 正柱区 : 传导电流
5.1 辉光放电的产生 典型条件： • 电场是均匀的 • 气压适中: 200kPacm>pd>(pd)min ----一般辉光放电：p=4-14kPa ----pd>200kPacm, 弧光或火花放电 • 足够容量的电源(电源电压, 限流电阻): I >mA， Us>Ub
外貌和参量分布
第五章：辉光放电
Ws-e<Ue
或
Ui
激发或电离
• E 很弱 缓慢加速电子
阴极部分
5.2 组成及特性—定性分析 正柱区: 均匀光柱或层状光柱 • 等离子区 n+=n• 正离子速度慢, 电子速度快 电子流 >>正离 子流
正离子和电子的负空间电荷达到平衡
• E: 远小于阴极区(几个数量级) • 当E/p很小时，乱向速度 >>um 阳极区: • 阳极附近负空间电荷 E 阳极位降 • 慢电子 电子速度 激发或电离
f
(E)
B
AeE/ p
p
0
1)阴极区带电粒子的产生 C 与正离子速度无关
和消失
电子和正离子没有空间复合
( E很大 ue 和 u很大)
带电粒子的消失主要在电极上
2) 阴极区带电粒子运动
u KE (仅当E在大范围均匀时才正确)
3) 阴极区电场分布
辉光放电的原理及应用
辉光放电的原理及应用辉光放电是一种电现象，指的是在低压条件下，在气体或气体混合物中，通过电场作用引发的气体电离现象。
辉光放电的原理是基于电子的激发和电离，它的应用广泛，包括荧光灯、氖氮激光器、等离子体显示器、高压放电杀菌等领域。
1.初级电离：在电源施加电场后，电子会被电场加速，并与气体分子相互碰撞。
当电子具有足够的动能时，它们可以将气体分子击碎，并释放出更多的电子。
这个过程被称为初级电离。
2.二次电离：释放的电子会与更多的气体分子相互碰撞，将它们也击碎并释放出更多的电子。
这个过程被称为二次电离。
不断的电离过程会导致电子数的指数增长，形成一个电子数密度很高的电子云。
3.正离子产生：在电场中，电子和阳离子受到电场的作用而朝着相反的方向运动。
在这个过程中，电子和阳离子会与分子发生碰撞，使得分子失去电子并变成正离子。
4.辉光的产生：当正离子重新结合时，辐射出辉光。
这种可见光辉光的颜色取决于气体的种类和中性分子的振动和旋转等能级结构。
1.荧光灯：荧光灯通过辉光放电将电能转化为可见光。
荧光灯的内部有一个玻璃管，内部充满了荧光粉。
当电场作用于荧光粉时，辉光放电激发了荧光粉并产生可见光。
相对于传统的白炽灯，荧光灯能够更高效地转化电能为光能。
2.氖氮激光器：氖氮激光器利用辉光放电产生激光。
氖气和氮气通常被充满在气体激光器管中。
施加电场后，辉光放电会在气体管内产生，通过激光共振效应，产生出一束高能量、单色、相干的激光光束。
3.等离子体显示器：等离子体显示器是一种新型的显示技术，利用辉光放电产生的等离子体来发光。
等离子体显示器能够提供更高的亮度、更快的刷新率和更广的可视角度。
4.高压放电杀菌：辉光放电产生的加热作用和电离作用可以对水和空气中的细菌和病毒进行灭菌。
这种技术可以应用于饮用水净化、食品处理等领域。
总结起来，辉光放电是一种气体电离现象，利用电场作用产生的电子激发和电离来产生光和等离子体。
通过合理地控制电压和气体种类等参数，辉光放电可以应用于荧光灯、激光器、等离子体显示器和高压放电杀菌等各种领域。
辉光放电
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简单的辉光放电示意图辉光放电时，在放电管两极电场的作用下，电子和正离子分别向阳极、阴极运动，并 堆积在两极附近形成空间电荷区。因正离子的漂移速度远小于电子，故正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间 电荷区大得多，使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内。这是辉光放电的显著特征，而且在正 常辉光放电时，两极间电压不随电流变化。
物理原理
辉光放电是种低气压放电(Low pressure discharge)现象,工作压力一般都低于10 mbar,其基本构造是在 封闭的容器内放置两个平行的电极板,利用产生的电子将中性原子或分子激发,而被激发的粒子由激发态降回基态 时会以光的形式释放出能量。
Hale Waihona Puke 放电阶段辉光放电有亚正常辉光和反常辉光两个过渡阶段，放电的整个通道由不同亮度的区间组成，即由阴极表面开 始，依次为：①阿斯通暗区；②阴极光层；③阴极暗区(克鲁克斯暗区)；④负辉光区；⑤法拉第暗区；⑥正柱区; ⑦阳极暗区;⑧阳极光层。其中以负辉光区、法拉第暗区和正柱区为主体。这些光区是空间电离过程及电荷分布所 造成的结果，与气体类别、气体压力、电极材料等因素有关，这些都可以从放电理论上作出解释。辉光放电时， 在两个电极附近聚集了较多的异号空间电荷，因而形成明显的电位降落，分别称为阴极压降和阳极压降。阴极压 降又是电极间电位降落的主要成分，在正常辉光放电时，两极间的电压不随电流变化，即具有稳压的特性。
1933年德国Von Engel首次报道了研究结果，利用冷却的裸电极在大气压氢气和空气中实现了辉光放电，但 它很容易过渡到电弧，并且必须在低气压下点燃，即离不开真空系统。1988年，Kanazawa等人报道了在大气压下 使用氦气获得了稳定的APGD的研究成果，并通过实验总结出了产生APGD要满足的三个条件：（1）激励源频率需 在1kHz以上；（2）需要双介质DBD；（3）必须使用氦气气体。此后，日本的Okazaki、法国的Massines和美国 的Roth研究小组分别采用DBD的方法，用不同频率的电源和介质，在一些气体和气体混合物中宣称实现了大气压 下“APGD”。1992年，Roth小组在5mm氦气间隙实现了APGD，并声称在几个毫米的空气间隙中也实现了APGD,主 要的实验条件为湿度低于15%、气体流速50l/min、频率为3kHz的电源并且和负载阻抗匹配。他们认为“离子捕获” 是实现APGD的关键。Roth等人用离子捕获原理解释APGD，即当所用工作电压频率高到半个周期内可在极板之间捕 获正离子，又不高到使电子也被捕获时，将在气体间隙中留下空间电荷，它们影响下半个周期放电，使所需放电 场强明显降低，有利于产生均匀的APGD。他们在实验室的一台气体放电等离子体实验装置中实现了Ar、He和空气 的“APGD”。1993年Okazaki小组利用金属丝（丝直径0.035mm，325目）电极为PET膜（介质）、频率为50Hz的 电源，在1.
正常辉光放电和异常辉光放电的特征
正常辉光放电和异常辉光放电的特征1.正常辉光放电(1)透明管内光辉的显示。
正常辉光放电的主要特点是管内有明亮的辉光显示。
在辉光放电状态下，气体会发出各种颜色的辉光，如黄色、绿色、橙色等。
(2)放电管两侧发亮。
正常辉光放电时，放电管两侧的电极会发亮，其中一个电极发出的辉光更为明亮，称为主放电电极，另一个电极发出较暗的辉光，称为副放电电极。
(3)放电产生的声音。
正常辉光放电时，会伴随着放电的声音。
辉光放电时，气体分子和原子在电场的作用下发生激发和离解，产生一系列能量和声音。
(4)放电形成的景观。
正常辉光放电时，会产生一系列会聚、分支、扩展、螺旋等形态的景观。
这是由于电场分布的特性和辉光放电过程中激发和离解的微观过程所决定的。
2.异常辉光放电异常辉光放电是指在特定条件下，气体放电形成的一种非正常的放电形态。
它的特征如下：(1)发光颜色非正常。
异常辉光放电发出的光辉表现为非正常颜色，如紫色、青色、红色等。
与正常辉光放电不同的是，其颜色比较明亮且多是较单一的颜色。
(2)放电电流异常。
异常辉光放电时，放电电流较大并且极不稳定。
一般而言，辉光放电过程中是有规律的电流变化，但在异常辉光放电中，电流变化幅度大，可能在很短的时间内产生剧烈的波动。
(3)放电伴随噪音。
异常辉光放电与正常辉光放电一样，也会产生声音。
而与正常辉光放电不同的是，异常辉光放电的声音通常更大、更嘈杂。
这是由于放电过程中产生的电流突变或电弧出现等造成的。
(4)放电形态不规则。
异常辉光放电的形态往往呈现出一些不规则的特征，如分支的辉光放电、电弧等。
这是由于电压、气体组分、电极材料等因素导致的。
总结起来，正常辉光放电和异常辉光放电的特征可以区分为：正常辉光放电显示透明管内光辉、管内两侧电极发光、有声音、放电形成各种景观；而异常辉光放电颜色非正常、电流异常、放电伴随噪音、放电形态不规则。
这两种放电形态的不同特征是由气体组分、电压、电流等因素所决定的。
辉光放电的原理及应用
辉光放电的原理及应用1. 引言辉光放电是一种在气体或等离子体中产生可见光的放电现象。
它是一种非常有趣和重要的物理现象，在很多领域都得到了广泛的应用。
本文将介绍辉光放电的原理以及一些常见的应用。
2. 辉光放电的原理辉光放电的原理主要涉及气体分子或原子中的电子激发和退激发过程。
当外加电场作用下，电子获得足够的能量从基态跃迁到激发态，这个过程称为电子激发；而当电子从激发态跃迁回基态时，会释放出能量，在可见光范围产生辉光。
3. 辉光放电的应用3.1 发光装置辉光放电作为一种可见光源，在发光装置中有广泛的应用。
常见的例子包括荧光灯和氖气灯。
荧光灯中的辉光放电通过将电能转化为紫外光，然后由荧光粉转化为可见光。
氖气灯则直接利用氖气的辉光放电产生可见光。
这些发光装置在照明、显示技术等领域发挥着重要的作用。
3.2 电视和显示器在电视和显示器技术中，辉光放电也发挥着重要作用。
在阴极射线管（CRT）技术中，电子通过辉光放电在显像管内激发荧光物质，产生图像。
而在液晶显示器（LCD）技术中，背光源使用白磷辉光灯来提供光源。
3.3 激光器激光器是一种将电能转化为高纯度的单色光的装置，而辉光放电在激光器中也起到了关键的作用。
激光器中的氖气或二氧化碳气体通过辉光放电的方式被激发，产生高能量的光束。
激光器在医疗、通信、测量等领域都有广泛的应用。
3.4 等离子体处理等离子体处理是一种利用辉光放电中的等离子体来处理物体表面的技术。
通过调节辉光放电的参数，可以改变等离子体的性质，从而实现对材料表面的清洗、刻蚀和涂层等处理。
等离子体处理在半导体制造、涂装行业等领域有重要的应用。
3.5 科学研究由于辉光放电的特殊性质，它在科学研究中也得到了广泛的应用。
辉光放电可以用于气体成分的分析，例如质谱仪中的电离源。
它也可以用于材料表面的改性和表征，例如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）。
4. 结论辉光放电是一种重要且有趣的物理现象，其原理涉及电子激发和退激发过程。
辉光放电原理
辉光放电原理辉光放电，又称光电子放电或光电子放射，是量子物理中重要的一种放电机制。
它指的是某些物质作用在特定的外场或能量激发下，辐射出（放出）一种叫做“光电子”的粒子，即电子能量会释放出光子的现象，即电子在特定外场或能量激发下，释放能量并转化为光子的现象。
辉光放电的物理原理，归结起来有两个，即杂质的能级和密度的调节，其中，杂质的能级调节是指外场施加于材料内部杂质（重离子或电子、极化颗粒）使其能级发生变化，从而引起辉光放电，密度调节是指杂质能级改变引起材料中激发态位面的变化，从而调节材料的辉光放电特性。
辉光放电是在电学及物理学中最简单最重要的放电机制，它可以引起放电电流，形成等离子态。
辉光放电被广泛应用于宇宙学观测、空间穿越、工业和实验室的研究等等领域，是非常重要的物理学现象之一。
辉光放电的作用是将材料中的激发态位面释放出，从而使激发态位面产生放出光子的现象，材料中的电子在具有特定外场或能量激发下，释放能量并转化为光子。
由此可见，辉光放电是一种量子物理中重要的放电机制，能够调节材料的特性。
特别是在宇宙学观测、工业和实验室的研究中，它起着非常重要的作用，了解它的物理原理和机理对于深入研究辉光放电是十分必要的。
首先，辉光放电的本质是在特定的外场或能量激发下，使材料中的杂质能级发生变化。
具体来说，当外场施加于材料内部杂质（重离子或电子、极化颗粒）使其能级发生变化时，材料中激发态位面也会发生变化，造成辉光放电现象。
其次，辉光放电机制中，光子的辐射方向受到材料状态、晶体结构以及外场等影响。
最后，辉光放电还与材料中杂质密度有关，材料中杂质密度增加，其辉光放电机制也会发生变化。
以上就是辉光放电的物理原理以及它的作用，它起着极其重要的作用，因此研究辉光放电的物理原理和机理显得尤为重要和必要。
进一步的研究将有助于我们更深入地理解辉光放电的机理和作用，并进而发展出更高效的应用。
辉光放电(Glowdischarge)
第六章、辉光放电（Glow discharge）辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。
比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。
同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。
§6.1 辉光放电的产生及典型条件最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A特性曲线。
管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。
放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。
限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。
如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。
辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）；弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。
辉光放电的典型条件：①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似均匀。
②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。
一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电；③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电压U b，否则不能起辉。
§6.2 辉光放电的组成区域和基本特征对于一对平行平板放电电极，典型的辉光放电外貌如图6.2(a)。
从阿斯顿暗区到负辉区称为阴极位降区或阴极区。
下面对各放电区一一进行介绍。
1、阿斯顿暗区（Aston Dark Space）：它是仅靠阴极的一层很薄的暗区，是有Aston首先在H2、He、Ne放电中观察到的放电暗区，所以称为阿斯顿暗区。
辉光放电光谱仪原理
辉光放电光谱仪原理一、辉光放电现象与结构辉光放电是一种低压放电现象，将两块平行的电极板放在一个封闭的容器中，利用产生的电子激发中性原子或分子。
在辉光放电中，电子通过电场加速，然后与中性原子或分子碰撞，激发它们到更高的能级。
当受激粒子从受激态落到基态时，它们将以光的形式释放能量，产生明亮的辉光。
辉光放电结构主要由两个平行电极组成，通常称为阴极和阳极。
在两个电极之间施加电压，以产生电场并驱动电子流动。
在辉光放电过程中，阴极附近的电子被加速，并与阳极之间的气体分子碰撞，将它们激发到较高的能级。
当这些分子回到基态时，它们会发出特定波长的光。
二、工作原理与特点辉光放电光谱仪的工作原理主要是通过辉光放电产生电子，利用电场加速电子并与中性原子或分子碰撞，激发它们到较高的能级。
当这些受激粒子回到基态时，它们会发出特定波长的光，通过光谱仪进行分析和测量。
辉光放电光谱仪具有以下特点：1. 可以直接分析固体样品，无需将样品转化为溶液或气态。
2. 具有较高的灵敏度和较低的检测限，可以检测到低浓度的元素。
3. 可以同时分析多种元素，具有较高的分析速度。
4. 适用于各种材料的分析，包括金属、合金、半导体等。
三、光谱法应用辉光放电光谱法是一种光谱分析方法，通过辉光放电产生的光来进行分析和测量。
与传统的光谱法相比，辉光放电光谱法具有更高的灵敏度和较低的检测限，可以检测到低浓度的元素。
此外，辉光放电光谱法还可以用于研究材料的物理和化学性质，例如电子结构、化学键、分子结构等。
四、分析技术优势辉光放电光谱仪的分析技术优势主要包括：1. 无需将样品转化为溶液或气态，可以直接分析固体样品。
2. 具有较高的灵敏度和较低的检测限，可以检测到低浓度的元素。
3. 可以同时分析多种元素，具有较高的分析速度。
4. 适用于各种材料的分析，包括金属、合金、半导体等。
5. 对于某些元素，例如碳和氮，辉光放电光谱法比其他分析技术更具优势。
五、工作原理流程辉光放电光谱仪的工作原理流程如下：1. 将固体样品放置在两个平行电极之间。
辉光放电
低温等离子体什么是低温等离子体低温等离子体的产生方法低温等离子体的应用领域什么是低温等离子体？冰升温至0℃会变成水，如继续使温度升至100℃，那么水就会沸腾成为水蒸气。
随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，我们把这三种基本形态称为物质的三态。
那么对于气态物质，温度升至几千度时，将会有什么新变化呢? 由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物（蜡烛的火焰就处于这种状态）。
我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等离子体(plasma)。
因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。
反过来，我们可以把等离子体定义为：正离子和电子的密度大致相等的电离气体。
从刚才提到的微弱的蜡烛火焰，我们可以看到等离子体的存在，而夜空中的满天星斗又都是高温的完全电离等离子体。
据印度天体物理学家沙哈(M·Saha，1893-1956)的计算，宇宙中的99.9%的物质处于等离子体状态。
而我们居住的地球倒是例外的温度较低的星球。
此外，对于自然界中的等离子体，我们还可以列举太阳、电离层、极光、雷电等。
在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。
在自然和人工生成的各种主要类型的等离子体的密度和温度的数值，其密度为106（单位：个／m3）的稀薄星际等离子体到密度为1025的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级。
其温度分布范围则从100K的低温到超高温核聚变等离子体的108-109K （1-10亿度）。
温度轴的单位eV(electron volt)是等离子体领域中常用的温度单位，1eV=11600K。
通常，等离子体中存在电子、正离子和中性粒子(包括不带电荷的粒子如原子或分子以及原子团)等三种粒子。
第5章-辉光放电
(CGSE) (V -1 )
(A -1 )
--符合相似律 --适用于任何气体，任何阴极 右支—反常辉光放电 H点—正常辉光放电 左支—过渡区
第五章：辉光放电
5.3 阴极位降区 正常辉光放电 ---反常辉光放电阴极区的分析 • 最小值 ---Umin 左支----- jC UC : 局部: jC UC jC 总体: UC =C n + jC UC 空间电荷, jC jtotal UR UC jC较小的其它部分，电子雪崩 +SC 或 jC 放电不能维持 因此，放电集中到阴极表面的一部分
第五章：辉光放电
5.1 辉光放电的产生 典型条件： • 电场是均匀的 • 气压适中: 200kPacm>pd>(pd)min ----一般辉光放电：p=4-14kPa ----pd>200kPacm, 弧光或火花放电 • 足够容量的电源(电源电压, 限流电阻): I >mA， Us>Ub
外貌和参量分布
第五章：辉光放电
5.5 各种类型的辉光放电 正常辉光放电 • Ua和j=C 以及 AI 过渡区 • 径向扩散 带电粒子损耗 阴极电流密度j 发光 • Ua 维持放电 反常辉光放电 • j Ua 能量损失(阴极区) 阴极区厚度 ER 阴极溅射
---快电子+中性粒子足够的电离 补偿带电粒子在管壁上的消失
kT e
1
eU i
ln(0.038 pU i R
1 Te ln( pR)
M) 4m
电流密度很小(j<10-4A/cm2): 带电粒子密度小, 管壁损耗为主
损耗E轴向,
j E轴向
辉光放电原理
辉光放电原理
辉光放电是一种电现象，通常在气体介质中发生。
它的原理是在高压电场作用下，电子被加速，与气体分子碰撞，并使得能级发生变化。
当电子回到基态能级时，会释放出能量。
当释放的能量大到足以激发其他气体分子时，电子碰撞传递能量并引发了更多的电子碰撞，从而形成了电流或电弧，即辉光。
通过辉光放电，气体中的电子被激发到高能级，而后返回低能级时释放出能量，这种能量以可见光或紫外线的形式表现出来。
辉光放电主要由正、负极之间的电场强度、气体种类和压力以及电源电压等因素所影响。
当电场强度达到了气体的击穿电场强度时，辉光放电会出现。
辉光放电在许多领域有广泛应用，例如荧光灯、气体放电管、等离子体面板和激光器等。
在荧光灯中，辉光放电的能量激发荧光粉，使其发出可见光。
而在气体放电管中，辉光放电产生的可见光与气体放电管内壁镀有荧光粉的区域相互作用，产生了不同颜色的光。
总之，辉光放电的原理是通过电子在高压电场的作用下激发气体分子的能级变化，电子返回基态能级时释放出能量形成可见光。
这种现象在日常生活和科学研究中有广泛的应用。
辉光放电名词解释
辉光放电名词解释1. 什么是辉光放电？辉光放电是一种在低压气体中产生的电流放电现象。
当在两个电极之间施加足够的电压时，气体会发生离子化，形成带正负电荷的离子。
这些离子在电场的作用下会发生运动，并与其他气体分子碰撞，从而产生辐射。
辉光放电可以分为正常辉光放电和非正常辉光放电两种形式。
正常辉光放电通常发生在低压下，气体中的离子和自由电子相遇后发生复合，产生能量并且释放出可见光。
非正常辉光放电则是指在高压或特殊条件下发生的放电现象。
2. 辉光放电的机制辉光放电的机制主要包括以下几个过程：(1) 离子化当施加足够高的电压时，两个电极之间的气体分子会被强大的电场力撕裂成带有正负电荷的离子。
这个过程称为离子化。
(2) 运动与碰撞离子在电场的作用下开始运动，并与其他气体分子发生碰撞。
这些碰撞会导致离子的能量增加。
(3) 辐射产生当离子与其他气体分子碰撞时，它们会释放出部分能量并转移给气体分子。
这些能量会被气体分子吸收，使它们处于激发态。
当激发态的气体分子回到基态时，会释放出光线。
这个过程称为辐射。
(4) 复合在辉光放电过程中，离子和自由电子会相遇并发生复合。
这个过程会释放出更多的能量，并且产生更多的光线。
3. 辉光放电的应用辉光放电具有许多实际应用，以下是其中几个常见的应用领域：(1) 照明辉光放电可以被用于制造照明设备，如荧光灯和氖灯。
荧光灯通过在玻璃管内填充汞蒸汽和稀有气体来产生辉光放电。
当电流通过荧光灯时，汞蒸汽中的原子被激发并发出紫外线。
紫外线照射到荧光粉上时，荧光粉会发出可见光，从而实现照明效果。
(2) 显示技术辉光放电也被广泛应用于各种显示技术中。
等离子显示器（Plasma Display Panel，简称PDP）利用辉光放电来产生可见光和图像。
在PDP中，每个像素都包含一个微小的氖气放电通道。
当电流通过通道时，氖气会发生辉光放电并产生可见光。
(3) 气体传感器辉光放电还可以用于气体传感器的制造。
辉光放电
辉光放电（Glow discharge）辉光放电是放电等离子体中最常见的一种放电形式，应用也最广泛。
比如，一般的气体激光器（He-Ne 激光器、CO2激光器等）、常用光源（荧光灯）、空心阴极光谱灯等。
同时辉光放电也是放电形式中放电最稳定的放电形式，所以有必要对辉光放电进行较为详细的讨论。
§6.1 辉光放电的产生及典型条件最简单的辉光放电的结构如图6.1（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图6.1（b）的V-A特性曲线。
管电压U调节到等于着火电压U b时，放电管内就会从非自持放电过渡到自持放电，此时，放电电流I会继续增大，管压降U下降，进入辉光放电区。
放电管发出明亮的辉光，其颜色由放电气体决定。
限流电阻R应比较大，以保证放电稳定在辉光放电区。
如果限流电阻R很小，放电很容易进入弧光放电区。
辉光放电的特点：比较高的放电管电压U(几百~几千V)，小的电流I（mA量级）；弧光放电的特点：很低的放电电压U（几十V），大电流放电I（A量级甚至更大）。
辉光放电的典型条件：①放电间隙中的电场分布比较均匀，至少没有很大的不均匀性；例如He-Ne激光器的放电管内电场近似均匀。
②放电管内气体压强不是很高，要求满足（Pd）Ubmin＜Pd＜200Kpa cm（巴邢曲线的右支），d---放电管内电极间距，（Pd）Ubmin--巴邢曲线最低点U bmin对应的Pd值。
一般P=4Pa~14Kpa时，可出现正常辉光放电，而Pd＞200Kpa cm时，非自持放电通常会过渡到火花放电或丝状放电；③放电回路中的电源电压和限流电阻准许放电管的放电电流工作在mA量级，且电源电压应高于着火电压U b，否则不能起辉。
§6.2 辉光放电的组成区域和基本特征对于一对平行平板放电电极，典型的辉光放电外貌如图6.2(a)。
从阿斯顿暗区到负辉区称为阴极位降区或阴极区。
下面对各放电区一一进行介绍。
1、阿斯顿暗区（Aston Dark Space）：它是仅靠阴极的一层很薄的暗区，是有Aston首先在H2、He、Ne放电中观察到的放电暗区，所以称为阿斯顿暗区。
辉光放电求实验报告
一、实验目的1. 了解辉光放电的基本原理和现象。
2. 掌握辉光放电实验的基本操作步骤。
3. 通过实验，观察和分析辉光放电的特点。
二、实验原理辉光放电是气体放电的一种形式，当气体受到足够高的电压时，气体中的分子和原子会被激发，产生辉光。
辉光放电现象主要发生在低气压和高压条件下，其原理如下：1. 气体分子和原子在电场作用下，受到能量足够高的电子碰撞，发生电离。
2. 电离产生的电子和离子在电场作用下，加速运动，与气体分子和原子发生碰撞，进一步电离。
3. 电离产生的电子和离子在运动过程中，与气体分子和原子发生复合，释放出能量，产生辉光。
三、实验仪器与材料1. 辉光放电管：用于产生辉光放电现象。
2. 电源：提供高压电源。
3. 电流表：测量放电电流。
4. 电压表：测量放电电压。
5. 镇流器：稳定放电电压。
6. 真空泵：抽取气体，降低气压。
7. 氩气瓶：提供实验气体。
四、实验步骤1. 将辉光放电管与电源连接，并接入电流表和电压表。
2. 将辉光放电管内的气体抽取至低气压状态（约几十帕斯卡）。
3. 调节电源，使电压逐渐升高，观察辉光放电现象。
4. 记录放电电流和电压值，观察辉光放电的特点。
5. 改变气体种类或气压，重复实验步骤，观察不同条件下辉光放电现象的变化。
五、实验结果与分析1. 当电压升高到一定值时，辉光放电现象出现，放电电流逐渐增大。
2. 随着电压的进一步升高，辉光放电区域逐渐扩大，辉光颜色由淡蓝色变为白色。
3. 改变气体种类或气压，发现氩气在低气压下更容易产生辉光放电，且放电区域较大。
4. 当气压降低到一定程度时，辉光放电现象消失。
六、实验结论1. 辉光放电现象是气体在高电压作用下，发生电离和复合，产生辉光的过程。
2. 辉光放电现象与气体种类和气压有关，低气压下更容易产生辉光放电。
3. 通过实验，掌握了辉光放电实验的基本操作步骤，观察和分析了辉光放电的特点。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全，避免高压电击。
辉光放电原理
辉光放电原理辉光放电是一种在低压下，电场作用下气体放电而产生的一种放电现象。
辉光放电是一种特殊的电离现象，通常在气体放电中出现。
辉光放电的原理是在电场的作用下，气体分子被激发到高能级，然后再退激发到低能级，放出光子的能量，形成辉光。
辉光放电的原理涉及到电场、气体分子的能级结构、电离和复合等多个方面。
首先，辉光放电的产生需要一个电场的作用。
当电场的作用下，气体分子会受到电场力的作用，被加速运动。
当气体分子的动能达到一定数值时，就会发生碰撞电离，即气体分子与电子碰撞后，电子被击出而形成离子和自由电子。
这些自由电子会继续在电场的作用下加速运动，再次碰撞其他气体分子，使得更多的气体分子被电离。
这样就形成了电子级联碰撞，产生了辉光放电。
其次，辉光放电的原理还涉及到气体分子的能级结构。
气体分子在受到电场的作用下，会被激发到高能级。
当气体分子退激发到低能级时，会放出光子的能量。
这些光子的能量和频率取决于气体分子的能级差，不同的气体分子具有不同的能级结构，因此产生的辉光颜色也各不相同。
此外，辉光放电的原理还涉及到电离和复合过程。
在电场的作用下，气体分子会发生电离，产生离子和自由电子。
而当电场作用结束时，这些离子和自由电子会重新复合，释放出能量。
这个过程也会产生光子，形成辉光。
总的来说，辉光放电是一种在电场作用下，气体分子发生电离和复合，放出光子的现象。
它的产生需要电场的作用，涉及到气体分子的能级结构，以及电离和复合过程。
辉光放电的原理不仅在物理学中有重要应用，而且在照明、显示、激光等领域也有着广泛的应用。
对于了解辉光放电的原理，可以帮助我们更好地应用和控制这一现象，推动相关技术的发展和应用。
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模型中的反应
结果与讨论
电势和电场分布
由流体模 型计算得 到
平均电子能
由Monte Carlo 模拟计算得到
电子碰撞速率
由Monte Carlo 模拟 计算得到
等离子体物质数密度
由Monte Monte Carlo 模拟 和流体模 型共同得 到
He+ (a), He2+ (b), N2+ (c), 和N4+ (d)离子的二维数密度图
流体模型
适用于高压下高密度和有大量碰撞的各种等离子 体物质 能用电场能来弥补由碰撞引起的能量损失，得到 准确的表征结果 模型中用的方程：
∂ni + ∇ ⋅ Ji = Si ∂t J i = ± µ in iE − D i∇ n i ∇ ⋅(Eε ) = ρ
连续方程 传质方程 泊松方程
产率， 产率，损失率 扩散， 扩散，混合 均匀的电场分布
总结
用流体模型和Monte Carlo模拟，对两种常用 用流体模型和Monte Carlo模拟，对两种常用 的APGDs设计进行研究，可以得到等离子 APGDs设计进行研究，可以得到等离子 体的电势和电场分布，等离子体的密度和 平均电子能等结果，另外，讨论了APGDs 平均电子能等结果，另外，讨论了APGDs 与减压辉光放电的差别 该方法可用于所有的APGDs模式 该方法可用于所有的APGDs模式
APGDs等离子体的性能表征 APGDs等离子体的性能表征
全面了解APGDs等离子体的性能对于 全面了解APGDs等离子体的性能对于 APGDs的应用具有重要的意义 APGDs的应用具有重要的意义 常用方法：电化学表征，光发射光谱， Langmuir探针，激光解吸和切割技术等 Langmuir探针，激光解吸和切割技术等 计算机建模：使用了流体模型和 计算机建模：使用了流体模型和离子模拟 Monte Carlo技术，可用于等离子体的内部测 Carlo技术，可用于等离子体的内部测 量和其中各类物质密度的测量，可得到较 全面的信息
Monte Carlo 模型
一种动力学模型，以大量独立电子的行为 为基础，运用超电子代替真实电子，可以 得到很好的数据，详细的描述电子行为 超电子的轨迹是时介函数，可用牛顿定律 计算 时阶内的电子的碰撞概率可由下列方程和 时阶内的电子的碰撞概率可由下列方程和 随机数字处理得到
研究操作条件
对两个常用的APGDs设计进行研究 对两个常用的APGDs设计进行研究 1大气压的He气，10ppm的纯N2 ，650V直流 大气压的He气，10ppm的纯N 650V直流 放电电压，He和 放电电压，He和N2离子的二次电子发射系 数分别为0.092和0.01，气体温度为1350K 数分别为0.092和0.01，气体温度为1350K
创新点和发展方向
创新点：流体模型和Monte Carlo模拟两个模 创新点：流体模型和Monte Carlo模拟两个模 型互补使用，流体模型克服了能量损失和 型互补使用，流体模型克服了能量损失和 时间长的困难，而Monte Carlo模拟则互补了 时间长的困难，而Monte Carlo模拟则互补了 流体模型中电子能量不真实的弱点，使得 流体模型中电子能量不真实的弱点，使得 计算出来的结果更为全面和准确，能很好 的表征分析光谱中常压辉光放电的性能 发展方向：将该法用于描述流动余辉放电 和其他的辉光放电设计
常压辉光放电
Hieftje和Andrade等人在这方面研究的比较 Hieftje和Andrade等人在这方面研究的比较 多，也提出了很多的新设计 已被提出的类型：微型直流辉光放电 微空心阴极辉光放电 介电质放电等
APGDs等离子源 APGDs等离子源
流动常压余辉源：可用于气相化合物的离 子化和固相化合物的解吸— 子化和固相化合物的解吸—离子化，可作 为有机质谱的化学离子源 其他等离子源：直接实时分析，介电质放 电离子化，辅助等离子体解吸离子化等。 它们可以对大范围样品进行解吸和离子化， 它们可以对大范围样品进行解吸和离子化， 不需要预处理 优点：高输出，易操作，低消耗，价格便 宜
分析光谱中常压辉光 放电的理论表征
作者：Tom Martens等人 作者：Tom Martens等人 报告人：彭丽英
辉光放电
低压气体中显示辉光的气体放电现象，即 低压气体中显示辉光 现象，即 是稀薄气体中的自激导电现象 减压辉光放电：通常在50～500Pa的压力运 减压辉光放电：析 行，广泛用于固体样品的分析 常压辉光放电（APGDs）：在大气压力下 常压辉光放电（APGDs）：在大气压力下 运行，可用于气相和液相样品的测定，在 运行，可用于气相和液相样品的测定，在 分析应用，材料加工和环境，生物药物分 析应用上具有重要的意义。 目前，常压辉光放电的研究是一个热点
亚稳态Hem*和激发态He2*的二维数密度图
等离子体产率和损失过程
APGDs与减压辉光放电的比较 APGDs与减压辉光放电的比较
含有一个更薄更小的阴极暗区域CDs和一个 含有一个更薄更小的阴极暗区域CDs和一个 大的正柱区PC 大的正柱区PC 电子的平均能量更低只有50ev左右 电子的平均能量更低只有50ev左右 电子碰撞离子化速率高出几个数量级 两者有相似的等离子体物质数密度分布