物理33-06(2004)辉光放电
辉光放电球实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解辉光放电的基本原理和现象。
2. 掌握辉光放电球的实验操作方法。
3. 观察和分析辉光放电过程中气体分子的激发、碰撞、电离、复合等物理过程。
4. 了解低压气体中伴有辉光出现的自激导电现象。
二、实验原理辉光放电球是一种利用高压高频电场在稀薄气体中产生辉光放电的装置。
球内充有稀薄的惰性气体（如氩气、氦气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极，球的底部有一块震荡电路板。
通电后，震荡电路产生高压高频电压并加在电极上，使球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。
当手指轻触玻璃球的表面时，人体即为另一电极，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，气体在这两极间电场中电离、复合，而发生辉光。
辉光在手指的周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。
三、实验装置1. 辉光放电球：一个直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体。
2. 震荡电路板：产生高压高频电压并加在电极上。
3. 电源变换器：将12V低压直流电转变为高压高频电压。
4. 电压表：测量电极间的电压。
5. 电流表：测量球内电流。
6. 开关：控制实验的通断。
四、实验步骤1. 将辉光放电球放置在实验台上，确保球体稳定。
2. 将电源变换器与震荡电路板连接，将震荡电路板与辉光放电球连接。
3. 打开开关，观察辉光放电球内的辉光现象。
4. 用手指轻触玻璃球的表面，观察辉光在手指周围的变化。
5. 调节震荡电路板的强度旋纽，观察辉光强度和颜色变化。
6. 断开开关，关闭电源，将仪器摆放整齐。
五、实验现象1. 当开启电源后，辉光放电球内出现绚丽多彩的辉光。
2. 用手指轻触玻璃球的表面时，辉光在手指周围变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。
3. 调节震荡电路板的强度旋纽，辉光强度和颜色发生变化。
六、实验分析1. 辉光放电的产生：辉光放电球内充有稀薄的惰性气体，当电极间产生高压高频电压时，气体受到电离作用，产生自由电子和正离子。
辉光放电质谱
辉光放电质谱辉光放电质谱是一种现代物理和化学研究的重要工具。
它被广泛应用于仪器分析，核化学，材料科学，污染控制，药物检测等等领域，是现代科学取得突破性成果所不可缺少的部分。
辉光放电质谱由于其独特的特性，逐渐得到越来越广泛的应用。
原理是，当被放电的物质被激发到某一能量状态时，就会释放出一些辉光粒子，并出现一种特殊的辉光谱。
通过分析这些光谱，就可以得到被放电物质的具体成分及其结构、化学性质和含量等信息。
辉光放电质谱可以根据其具体原理分为电子放电谱学和发射光谱学。
在电子放电谱学中，当原子和分子遭受电子放电侵袭时，就会产生一些复杂的辉光信号，根据这些信号可以推断出被放电物质的结构和成分。
发射光谱学是利用被离子化，电离或催化放电而由激发态过渡至基态而产生的光谱研究，可以推断物质的结构和性质。
辉光放电质谱的灵敏性和准确性使它成为物质分析的重要工具，在化学研究和材料科学研究中得到了广泛的应用，推动了现代科学的发展。
它的应用不仅局限于化学实验，而且在天文学、自动化、医学等其他科学领域也得到了广泛的应用。
由于其通用性，辉光放电质谱实骅在各种研究中得到了广泛的应用。
它能够检测出极微小量（甚至是几乎不可测量的）的物质，这也使它成为医学、环境检测等领域的重要工具。
其原理和技术也被用来开发污染控制领域的新型仪器以及医疗和药物检测中的新型检测方法。
通过辉光放电质谱可以获取关于物质结构和性质的丰富信息，从而对物质进行准确而细致的分析，为新型物质的发现和开发奠定了基础。
辉光放电质谱是一种复杂的技术，其技术和应用正在不断发展，也正在不断推动科学研究的发展和进步。
掌握其原理，能够获得更详细、更准确的物质分析信息，从而为现代科学技术的发展和应用作出贡献。
辉光放电 平面二极管 -回复
辉光放电平面二极管-回复什么是辉光放电？辉光放电是一种在低压下，通过电场加速电子而产生的电子激发引起的光辐射现象。
它是在气体或稀薄气态介质（如玻璃、气体等）中发生的一种电流。
辉光放电可见光谱范围通常在红外到紫外之间，波长范围为400-800nm。
辉光放电的形成是由于在电场的作用下，电子被加速，碰撞到原子或分子之后，使它们跃迁到高能级态，随后又跃迁到低能级态而释放出光能。
平面二极管的概念平面二极管是一种电子器件，它由一个被分割成p-n结的半导体片组成，具有电流流动方向的全向性选择性。
它可以将电流在一个方向上传输，而将其在另一个方向上阻止。
平面二极管的主要作用是将电流流向电子器件的其他部分。
辉光放电平面二极管的原理辉光放电平面二极管利用气体放电发光的原理，结合了平面二极管的结构，通过气体放电的方式来产生光。
它的结构是在两个平行的电极之间将气态介质填充。
其中一个电极与p区连接，而另一个电极与n区连接。
当加上适当的电压时，就形成了电场分布，电子在电场的作用下被加速，经过碰撞后释放出光能。
这种放电产生的光能可以通过器件设计来选择性地发射出来，实现特定波长范围的光辐射。
辉光放电平面二极管的应用辉光放电平面二极管在照明和显示等领域有着广泛的应用。
首先，在照明方面，辉光放电平面二极管可以用作照明灯具的主要光源，如白炽灯、荧光灯等。
它可以提供高亮度和高效能的照明效果，同时具有长寿命和低能耗的优点。
其次，在显示方面，辉光放电平面二极管可以应用于平板显示器、电视和手机等设备的背光源。
与传统的冷阴极荧光灯相比，它具有较小的体积和较高的亮度，能够提供更好的显示效果。
此外，辉光放电平面二极管还可以应用于光通信、太阳能发电等领域，为我们的生活和工作带来了很多便利。
辉光放电平面二极管的优势和挑战辉光放电平面二极管相比于其他光源具有多种优势。
首先，它具有高亮度和高效能的特点，能够提供更好的照明和显示效果。
其次，辉光放电平面二极管具有灵活性和可调控性，可以根据需要调整亮度和光谱范围。
大气压下空气间隙的辉光放电及对无纺布表面改性-中国电机工程学会
大气压下空气间隙的辉光放电及对无纺布表面改性的研究关志成，郝艳捧清华大学深圳研究生院（深圳518055）摘要：重点论述了大气压下辉光放电的研究现状和诊断方法，探讨了大气压下空气间隙辉光放电的可行性，通过试验，对比研究了大气压下3mm空气间隙的辉光放电和均匀的丝状放电，并对比研究了辉光放电和均匀的丝状放电处理聚丙稀无纺布的表面亲水性。
结果表明，在一定条件下，大气压下3mm空气间隙的均匀的丝状放电可以转化为辉光放电；用大气压下空气间隙的均匀的丝状放电处理聚丙稀无纺布时容易烧蚀材料，而用辉光放电不会损坏材料；经大气压3mm空气间隙辉光放电处理过的无纺布，其表面水滴的接触角可由处理前的120°变为60°。
关键词：大气压辉光放电等离子体表面改性工业等离子体工程气体放电1 引言目前，化学纤维已成为国际纺织生产中的主体原料。
但是由于化学纤维结构紧密、结晶度高，是典型的疏水性纤维，难以染色，穿着舒适性差，因此必须对纤维表面进行改性才能扩大其应用领域。
气体放电产生的低温等离子体中存在着大量种类繁多的活性粒子，可以用来对聚合物材料进行表面改性，例如，提高薄膜、无纺布和纺织品的亲水性、可湿性、吸水性、可印性、可染性和粘着性等。
和传统的化学方法相比，用等离子体改善纺织品的可染性具有突出的优点：它不需要使用表面活化剂和大量的水，无废弃物或有毒的副产品，因而具有很好的经济效益和环保效益。
低温等离子体通常是由低气压下的辉光放电产生的，但对于工业生产而言，真空系统的使用难以实现流水线连续生产。
介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge: DBD）在一定条件下转变为均匀的丝状放电（Uniform Filamentary Discharge: UFD），能够在大气压下产生低温等离子体，目前，已在高聚物塑料的印刷、粘合或涂装等工序前的表面处理上实现了工业化应用，而在化纤无纺布和纺织品工业中尚属空白。
辉光放电光谱仪
辉光放电光谱仪辉光放电光谱仪是一种能够分析物质的组成和性质的仪器。
该仪器主要应用于化学，物理等领域，有着非常重要的研究价值。
工作原理辉光放电光谱仪的工作原理是通过电场的作用使气体放电，使得放电区域的原子和分子激发，进而发射出谱线，通过光谱仪分析这些谱线可以得知物质的化学成分。
典型的辉光放电光谱仪包括以下主要组成部分：气体（或其他物质）放电管、相应的电源、光源（如钨丝灯、镉灯、氙灯等）、单色仪、探测器等。
放电管内充入需要分析的气体，在加入电源的电场作用下，气体分子发生电离、激发、激光等现象，从而在不同的波长范围内产生不同的光谱线。
利用单色仪分离出特定波长的光谱线并进行检测，即可通过检测的光强来得到不同波长的光谱线位置和强度信息，从而得到物质化学成分信息。
分类和应用辉光放电光谱仪广泛应用于物理，化学，无机材料以及地质等领域的元素分析和物质结构分析等方面。
常用的光源包括氢气放电管（HCD），氦气放电管（HeCD），氩气放电管（ArCD），氖气放电管（NeCD）等。
不同的气体放电管的使用范围、分析范围和灵敏度也各不相同，根据实际需求选择不同的放电管和光源以实现实验目的。
由于辉光放电光谱仪的高分辨率、高灵敏度和高准确性，不仅在学术领域具有广泛的应用，同时也被应用于高精度分析领域如金属材料研究，地质学研究，环境监测，和药物研究等多个领域中。
在物质成分分析和结构分析等方面具有突出的优势和广阔的应用前景。
总结随着科技的进步，辉光放电光谱仪正在得到越来越广泛的应用，展示出其在化学，物理等领域中的优秀性能，成为重要的实验手段。
在未来，辉光放电光谱仪有望继续发展并且得到更广泛的应用，助力科学研究的进一步发展。
溅射的基本原理之辉光放电
所形成的低速电子加速后，又激发气体分子使之发光，形 成负辉光区。
溅射的基本原理——辉光放电
与溅射现象有关的问题：
在克鲁克斯暗区周围形成的正离子冲击阴极；
电压不变而改变电极间距时，主要发生变化的 是阳极光柱的长度，而从阴极到负辉光区的距离几 乎不变。其主要原因是两电极之间电压的下降几乎 都发生在阴极到负辉光区之间。 溅射镀膜装置中，阴极和阳极之间距离至少要大于 阴极于负辉光区的距离。
通过测量电流和电压来确定是否出现辉光放电往往是 不必要的。因为辉光放电过程完全可以由是否产生辉光来 判定。
辉光的产生： 众多的电子、原子碰撞导致原子中的轨道
电子受激跃迁到高能态，而后又衰变到基态并发射光子， 大量的光子形成辉光。 当电源功率增加，形成辉光放电时，阴阳两极间明暗 光区的分布情况，以及暗区和亮区对应的电位、场强、空 间电荷和光强分布，如下图所示。
★ 辉光放电
直流辉光放电
辉光放电是在真空度约 10～1Pa的稀薄气体中， 两个电极之间在一定电压下产生的一种气体放电
现象。
气体放电时，两电极之间的电压和电流的关
系复杂，不能用欧姆定律描述。
溅射的基本原理——辉光放电
无光放电区（AB） 由于宇宙射线产生的游离离子和电子，当在两极间加上直流电 压，游离离子和电子在直流电压作用下运动形成电流，10-16-10-14A。 由于此区域导电但不发光，因此称为无光放电区。自然游离的离子
电子的质量小，会随着外电场从射频场中吸收能量而在 场内作振荡运动。增加了与气体分子的碰撞几率，并使电离 能力显著提高，从而使击穿电压和维持放电的工作电压均降 低（仅为直流辉光放电的十分之一）；射频辉光放电可以在 较低的气压下进行，直流辉光放电常在10-1-10-2Pa运行。 正离子的质量大，运行速度低，跟不上电源极性的改变，
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。
不同气压下氩气介质阻挡辉光放电的特性研究
不同气压下氩气介质阻挡辉光放电的特性研究毛志国;冉俊霞;尹增谦;董丽芳【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2004(024)006【摘要】利用双水电极介质阻挡放电装置,采用光学方法和电学方法测量了不同气压下氩气介质阻挡辉光放电发光和转移电荷的时间特性.随气压的增加,放电的光信号脉冲数不断增加.介质阻挡辉光放电的起始时刻都发生在外加电压的下降沿,也就是电压的零点以前,即"过零放电".通过Lissajous图形得到了放电功率.气压小于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化缓慢增加;在气压大于8.08×104Pa时,介质阻挡辉光放电电压和放电功率随气压变化迅速增加.获得了气压对介质阻挡辉光放电电压和放电功率的影响.【总页数】5页(P589-593)【作者】毛志国;冉俊霞;尹增谦;董丽芳【作者单位】河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002;华北电力大学,应用物理系,河北,保定,071003;河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002【正文语种】中文【中图分类】O461.2【相关文献】1.大气压氦气同轴双气隙介质阻挡辉光放电研究 [J], 张玉坤;李兰;王广宇;陈梦2.介质阻挡放电中不同厚度气隙内微放电通道的光谱特性研究 [J], 高烨楠;董丽芳;刘莹3.氩气/空气介质阻挡辉光放电特性研究 [J], 李立春;董丽芳;齐玉妍;赵海涛4.不同气压下氦气介质阻挡辉光放电的特性研究 [J], 李成柳;刘文正;严伟;刘星5.不同气压下氩气介质阻挡放电γ过程仿真 [J], 李平;徐俊生;陈兆权因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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原理（GlowDischargePrinciples）是研究带电流体的物理现象的科学理论，它涉及到带电粒子与电场的相互作用，在化学反应中也起着重要的作用。
辉光放电原理是电场加速、激发离子、电子与光分子的相互作用，其中所产生的电场强度与分子的激发状态有关。
它是研究充满带电粒子的电流体的基本原理，在物理、化学、材料科学等诸多科学领域中都具有重要的意义。
辉光放电作用于带电电解质（electrolyte），可以分为大气压式和低气压式两大类。
大气压式辉光放电通常发生在大气中和气体中，由放电空间中的电场加速离子冲击作用以及激发离子和电子释放光引起，这种辉光放电形式被称为大气压辉光等离子体（Atmospheric-pressure glows discharges）。
低气压辉光放电是由放电空间中的电场加速离子施加能量，使离子产生振荡以及激发离子和电子释放光，这种辉光放电形式被称为低气压辉光等离子体（Low-pressure glows discharges）。
辉光放电作用于不同含量的带电物质会产生不同的物理和化学现象，最经典的就是实验历史悠久的石蜡放电，它可以产生持久的蓝色辉光，随后辉光会逐渐变暗。
而辉光放电的化学现象则涉及到带电中离子的行为，如离子的聚集、离子的吸收以及它们产生的带电层的形成等，还有由其引起的共和体的形成，还可以诱发和改变多种物质的物理和化学性质。
辉光放电在实际应用中十分广泛，如石油加工和能源转换中的表面处理以及对固体表面电性和化学性质的改变，尤其在航空航天、医学、材料科学以及化学工程等领域中辉光放电的应用越来越普遍，它已经成为了一种重要的工业技术，用于许多不同的应用。
在现代工业中，辉光放电技术被广泛应用于各种表面处理，可以调整材料的表面电性和化学性质，改变表面的耐腐蚀能力、润湿性和力学性质等，从而延长材料的使用寿命。
同时，辉光放电也可以在空气中激发出振荡的离子和电子，从而可以利用它们产生的光改变大气环境，促进氧化反应和吸收环境中的有害物质等。
辉光放电
等离子体直流辉光放电一、实验设计方案1）实验目的1、了解等离子体的性质2采用langmuir双探针测量等离子体参数2）实验原理1 、等离子体参数a:等离子体密度：单位体积内（一般以立方厘米为单位）某带电粒子的数目。
n i 表示离子浓度，n e 表示电子密度。
b:等离子体温度：对于平衡态等离子体（高温等离子体）温度是各种粒子热运动的平均量度；对于非平衡态等离子体（低温等离子体），由于电子、离子可以达到各自的平衡态，故要用双温模型予以描述。
一般用T i表示离子温度，T e表示电子温度。
c:等离子体频率：表示等离子体对电中性破坏的反应快慢，是等离子体震荡这种集体效应的频率。
粒子震荡频率：m inie spi02=ω电子震荡频率：m inie spe02=ωd:德拜长度：等离子体内电荷被屏蔽的半径，表示等离子体内能保持的最小尺度。
当电荷正负电荷置于等离子体内部时就会在其周围形成一个异号电荷的“鞘层”。
德拜长度：2、等离子体参数的静电探针诊断原理图8、等离子体探针原理图9、单探针法图10、双探针法假设：(1)、被测空间是电中性的等离子体空间，电子密度n e和离子浓度n i 相等，电子与离子的速度满足麦克斯韦速度分布；(2)、探针周围形成的空间电荷鞘层厚度比探针面积的线度小，这样可忽略边缘效应，近似认为鞘层和探针的面积相等；(3)、电子和正离子的平均自由程比鞘层厚度大，这样可忽略鞘层中粒子碰撞引起的弹性散射、粒子激发和电离；(4)、探针材料与气体不发生化学反应；(5)、探针表面没有热电子和次级电子的发射。
则：对于插入等离子体的单探针有：随机电流：S r A eJ I -=，218441⎪⎭⎫ ⎝⎛==m T n U n J e r根据玻耳兹曼定理：电子密度)exp(0esP kT V V en n -=式中：V p 为探针电位，V s 为等离子体电位所以：探针电流S e e S P A m T kT V V e en I 2108exp 4⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=π而对于插入等离子体的双探针有：设探针的面积分别为A 1,A 2；电位为 V 1,V 2；电压V=V 1-V 2≥0。
辉光放电与等离子体
辉光放电与等离子体1、辉光放电通常把在电场作用下气体被击穿而导电的物理现象称之为气体放电。
气体放电有“辉光放电”和“弧光放电”两种形式。
辉光放电又分为“正常辉光放电”与“异常辉光放电”两种，它们是磁控溅射镀膜工艺过程中产生等离子体的基本环节。
辉光放电(或异常辉光放电)可以由直流或脉冲直流靶电源通过气体放电形成,也可以用交流(矩形波双极脉冲中频电源、正弦波中频与射频)靶电源通过真空市内的气体放电产生。
气体放电时，充什么样的工作气体、气压的高低、电流密度的大小、电场与磁场强度的分布与高低、电极的不同材质、形状和位置特性等多种因素都会影响到放电的过程和性质，也会影响到放电时辐射光的性质和颜色。
(1)直流辉光放电①在阴-阳极间加上直流电压时，腔体内工作气体中剩余的电子和离子在电场的作用下作定向运动，于是电流从零开始增加;②当极间电压足够大时，所有的带电离子都可以到达各自电极，这时电流达到某一最大值(即饱和值);③继续提高电压，导致带电离子的增加，放电电流随之上升;当电极间的放电电压大于某一临界值(点火起辉电压)时，放电电流会突然迅速上升，阴-阳极间电压陡降并维持在一个较低的稳定值上。
工作气体被击穿、电离，并产生等离子体和自持辉光放电，这就是“汤生放电”的基本过程，又称为小电流正常辉光放电。
④磁控靶的阴极接靶电源负极，阳极接靶电源正极，进入正常溅射时，一定是在气体放电伏-安特性曲线中的“异常辉光放电区段”运行。
其特点是，随着调节电源输出的磁控靶工作电压的增加，溅射电流也应同步缓慢上升。
(2)脉冲直流辉光放电脉冲或正弦半波中频靶电源的单个脉冲的气体放电应与直流气体放电伏-安特性曲线异常辉光放电段及之前段的变化规律相符。
可以将其视为气体放电伏-安特性在单个脉冲的放电中的复现。
脉冲直流靶电源在脉冲期间起辉溅射，在脉冲间隙自然灭辉(因频率较高，肉眼难以分辨)。
溅射靶起辉放电后，当电源的输出脉冲的重复频率足够高时，由于真空腔体内的导电离子还没有完全被中和完毕，第二个(以后)重复脉冲的复辉电压与溅射靶的工作电压接近或相同。
辉光放电
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。
§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（a）。
调节电源电压E或限流电阻R，就会得到如图（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。
§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(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。
辉光放电光谱技术交流
辉光放电光谱技术交流
佚名
【期刊名称】《冶金分析》
【年(卷),期】2004(024)0z1
【摘要】随着现代工业的发展,为了提高材料的耐磨、防腐和其他各种物理性能,越来越多的工件表面覆盖有涂层、镀层及有机层.从材料检测和仪器分析的角度上看,要求仪器的检测必须具备表面、逐层和基体分析的能力.辉光放电光谱仪(RF-GD-OES)就是一种理想的检测手段,它与其它检测仪器相比(如:SIMS等),不仅操作简单,对操作者的技术要求低,而且分析深度深(可达几百个微米),同时采用同一工作光源和工作条件,可以分析导体材料、半导体材料和绝缘体材料.……
【总页数】1页(P264)
【正文语种】中文
【中图分类】TF0
【相关文献】
1.便携液体阴极辉光放电光谱仪与火焰原子吸收光谱法测定水中锂的比较 [J], 祖文川;刘聪;任敏;汪雨
2.基于便携式光谱仪的溶液阴极辉光放电发射光谱检测水体中的锰 [J], 郑培超;唐鹏飞;王金梅;李诗雨
3.基于滤光片提取光谱的流动注射-溶液阴极辉光放电检测研究 [J], 郑培超;钟超;王金梅;罗元江;赖春红;王小发;毛雪峰
4.辉光放电发射光谱高分辨率深度谱的定量分析 [J], 杨浩;马泽钦;蒋洁;李镇舟;宋一兵;王江涌;徐从康
5.溶液阴极辉光放电-原子发射光谱法测定富锶矿泉水中的锶 [J], 郑培超;罗元江;王金梅;胡强;杨杨;毛雪峰;赖春红;冯楚辉;何雨桐
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直流辉光等离子体气体放电实验
直流辉光等离子体气体放电实验向小雨工物13指导老师：张慧云（2013年10月24日，星期四）摘要本实验通过测定辉光等离子体升压和降压的伏安曲线，探究辉光等离子体在不同气体压强和磁场条件下电学特性的变化，进行了唯象讨论和一定的定量分析。
此外，实验中还尝试利用朗缪尔双探针测量等离子体的电子温度和电子密度，并探究了误差成因。
关键词低温等离子体辉光放电双探针法一、前言电流通过气体的现象称为气体放电。
具有一定能量的电子与中性原子发生非弹性碰撞时，电子将一部分动能传给原子，使原子激发或者电离，即：e−+G0→G∗+e−e−+G0→G++2e−激发原子G∗会产生特定颜色的辉光；产生的气体离子G+成为等离子体的一部分。
等离子体是由电离的导电气体组成，其中包括六种典型的粒子，电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。
事实上等离子体就是由上述大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的一种准中性气体，也就是高度电离的气体。
无论是部分电离还是完全电离，其中的负电荷总数等于正电荷总数，所以叫等离子体1。
等离子体是继固体、液体、气体之后物质的第四种聚集状态。
等离子体有别于其它物态的主要特点是其中长程的电磁相互作用起支配作用，等离子体中粒子与电磁场耦合会产生丰富的集体现象。
本实验中研究的是低温等离子体。
其中各个粒子的温度并不相同，一般用双温模型来描述。
用Ti表示离子温度，Te表示电子温度，一般电子温度比离子温度高得多。
实验中制备等离子体的方式为气体低压放电，放电过程可分为三个阶段：暗放电、辉光放电和电弧放电。
其中各个阶段的放电在不同的应用领域由广泛的应用。
这三个阶段的划分从现象上来看是放电强度的不同，从内在因素看来是其放电电压和放电电流之间存在着显著差异，经典的直流低气压放电在正常的辉光放电区示意图如图1：图1直流低气压等离子体辉光放电区示意图从左至右，其唯像结构如下：1.阴极区：包括阴极，阿斯顿暗区，阴极辉区和克罗克斯暗区；2.负辉区：是整个放电管中最亮的区域。
辉光放电电晕放电电弧放电火花放电
辉光放电电晕放电电弧放电火花放电稀薄气体中的自激导电现象。
其物理机制是:放电管两极的电压加大到一定值时，稀薄气体中的残余正离子被电场加速，获得足够大的动能去撞击阴极，产生二次电子，经簇射过程形成大量带电粒子，使气体导电。
辉光放电的特点是电流密度小，温度不高，放电管内产生明暗光区，管内的气体不同，辉光的颜色也不同。
正常辉光放电时，放电管极间电压不随电流变化。
辉光放电的发光效应被用于制造霓虹灯、荧光灯等光源，利用其稳压特性可制成稳压管(如氖稳压管)。
气体在低气压状态下的一种自持放电。
对玻璃圆柱状放电管两端施加电压，当压力处于1~0.1托的范围时，由阴极逸出的电子在气体中发生碰撞电离和光电离，此时放电管的大部分区域都呈现弥漫的光辉，其颜色因气体而异，故称辉光放电。
辉光放电与暗放电和电弧放电共同组成可连续变化的3种基本放电形式。
1831~1835年,M.法拉第在研究低气压放电时发现辉光放电现象和法拉第暗区。
1858年,J.普吕克尔在1/100托下研究辉光放电时发现了阴极射线，成为19世纪末粒子辐射和原子物理研究的先躯。
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。
辉光放电的主要应用是:①利用它的发光效应(如霓虹灯)和正常辉光放电的稳压特性(如氖稳压管)。
②利用辉光放电的正柱区产生激光的特性，制做氦氖激光器。
物理辉光盘实验报告
一、实验目的1. 观察辉光放电现象，了解电场、电离、击穿及发光等概念。
2. 研究辉光放电的规律及其影响因素。
二、实验原理辉光放电是一种气体放电现象，当气体受到足够高的电场强度时，气体中的电子获得足够的能量，与气体分子发生碰撞，使气体分子电离。
电离产生的正离子和自由电子在电场作用下，向相反方向运动，形成电流。
由于气体分子电离产生的正离子和自由电子的碰撞，使电子再次获得能量，产生更多的自由电子，从而使电流不断增大，直至达到稳定状态。
辉光放电时，电子与气体分子碰撞产生的能量被气体分子吸收，使气体分子激发，发出可见光。
三、实验仪器1. 辉光球：密封在玻璃球体内，充有稀薄惰性气体（如氩气）的装置。
2. 电源：提供直流高压电源。
3. 电位器：调节辉光球两端电压。
4. 开关：控制辉光球放电。
5. 照相机：拍摄辉光放电现象。
四、实验步骤1. 将辉光球底座上的电位器调节到最小值。
2. 插上电源，打开开关。
3. 缓慢调高电位器，观察辉光球内放电现象。
4. 用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化。
5. 缓慢调低电位器，直至闪光消失。
6. 对辉光球拍手或说话，观察辉光随声音变化。
7. 拍摄辉光放电现象。
五、实验结果与分析1. 当电压达到一定值时，辉光球内出现闪光，表现为辐射状的辉光。
2. 用手触摸玻璃表面时，闪光随手指移动变化，说明辉光放电现象与电场强度有关。
3. 当电压降低至闪光消失时，说明电场强度不足以维持辉光放电。
4. 对辉光球拍手或说话时，闪光随声音变化，说明辉光放电现象与声音的振动有关。
六、实验结论1. 辉光放电是一种气体放电现象，当气体受到足够高的电场强度时，气体中的电子获得足够的能量，与气体分子发生碰撞，使气体分子电离。
2. 辉光放电现象与电场强度、气体种类、气体密度等因素有关。
3. 通过观察辉光放电现象，可以了解电场、电离、击穿及发光等概念。
七、注意事项1. 操作过程中，注意安全，避免触电。
2. 调节电位器时，动作要缓慢，以免损坏辉光球。
辉光放电_精品文档
直流辉光放电>放电区的结构和分布>Faraday暗区
与负辉区相比，该区电子和 离子密度较小，电场很弱，激发 和复合的几率都比较小。
电流密度
直流辉光放电>放电区的结构和分布>正柱区
Va = 1000 V， Vb = 1200 V，
C‘
t = T/2 时，Va 跳变为 +1000 V, 由于 C 上存有 –200 V电压（下正上负）,
Vb = 1200 V。
射频辉光放电>射频电极的自偏压（产生过程四）
T/2 < t < T
Vb +100 V，
eee C‘
T/2 < t < T 区间， 电子迅速中和C
直流辉光放电>放电区的结构和分布>阴极区
电流密度
阳极暗区
阴极区由Aston暗区， 阴极辉区和阴极暗区（或 称克罗克斯暗区）三部分 组成。极间电压大部分加 在这里，电子被加速与气 体原子碰撞，使原子激发 或电离。
直流辉光放电>放电区的结构和分布>负辉区
电流密度
负辉区是电极间发光最强的 区域，阴极出发的电子到达这里
ionization rates and thereby higher plasma densities
*徐学基等，气体放电物理，复旦大学出版社。
射频辉光放电>交流放电的一般规律
电压频率与放电行为的关系
100 ~ 104 Hz 每个半周期都经历一次击穿、维持和熄火的过程，放电不连续，相当于正负电 极交替的直流放电
辉光球放电实验报告实验总结(3篇)
第1篇一、实验背景辉光球放电实验是一种基础的物理实验，通过观察辉光球在高频高压电场中的放电现象，了解气体分子的激发、碰撞、电离、复合等物理过程，以及低压气体中伴有辉光出现的自激导电现象。
本实验旨在帮助学生掌握相关物理知识，提高实验操作技能。
二、实验目的1. 了解气体分子的激发、碰撞、电离、复合的物理过程。
2. 了解低压气体中伴有辉光出现的自激导电现象。
3. 探究低气压气体在高频强电场中产生辉光的放电现象和原理。
4. 培养学生的实验操作能力和观察能力。
三、实验原理实验采用辉光球作为实验装置，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等）。
玻璃球中央有一个黑色球状电极，球的底部有一块震荡电路板，产生高压高频电压并加在电极上。
通电后，震荡电路产生高频电压电场，球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。
四、实验过程1. 实验前，首先连接好电源，确保电源稳定。
2. 闭合辉光球前面板上的开关，观察辉光球在正常工作状态下的放电现象。
3. 调节强度旋纽，观察不同强度下的放电现象，并记录观察结果。
4. 用手指接触球面并在球面上移动，观察球内辉光变化现象，并记录观察结果。
5. 改变球内气体的种类，观察放电现象的变化，并记录观察结果。
6. 实验完毕，断开开关并关掉电源，将仪器摆放整齐。
五、实验结果与分析1. 观察到辉光球在正常工作状态下，球内气体受到高频电场的电离作用，产生光芒四射的辉光现象。
2. 通过调节强度旋纽，发现放电强度与辉光亮度成正比，即放电强度越大，辉光亮度越亮。
3. 当用手接触球面并在球面上移动时，观察到辉光在手指周围处变得更为明亮，产生的弧线顺着手的触摸移动而游动扭曲。
4. 改变球内气体的种类，发现不同气体在相同条件下产生的辉光颜色不同，说明不同气体对高频电场的电离能力不同。
六、实验结论1. 辉光球放电实验验证了低压气体在高频强电场中产生辉光的放电现象，以及气体分子的激发、碰撞、电离、复合等物理过程。
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(>>" 年， <);+;): 等人用一个 -$*+ 源实现了大气压 下空气、 氩气、 氧气和氮气中的稳态辉光放电， 并提 出用电流脉冲波形和电压 ? 电荷的利萨如图 （ @:AA;B
［ %］ C0DAE F:GDHI ） 来区分丝状放电和辉光放电 ， 如图 %
所示’
图 (! 平行平板大气压辉光放电装置
图 # 所示为美国田纳西州立大学等离子体科学 实验室 /012 等人采用的一种能够在介质表面产生
［ ($ ］ 一个大气压下均匀辉光放电等离子体层的装置 ’
工作电压和工作频率与图 ( 所示装置相似， 分别为 )3 和 )*+ 量级， 在电极覆盖范围内的等离子体能量 面密度为 $’ %%4 5 67#［ (#］’ 其工作气体可以为空气’
从图 % （ 6） ， （ K） 容易看出丝状放电的电压 ? 电 荷的利萨如图是一个清晰的平行四边形， 而辉光放 电则只会出现两条平行的电压线’ 这是因为另外两 条电荷线来回跳动的时间太短， 只有一个电流脉冲 的时间， 这使得肉眼无法观察到另外两条斜边’ 近年来法国的 ,;AA:LIA 等人对大气压辉光放电 通过电测量、 短曝光时间照相、 数值模拟等手段进行 了理论和实验多方面的研究’ 由于使用了曝光时间 可以很方便地进行辉光放电 低至 -LA 的 MMN 相机，
物理
前沿进展 题展开研究’
#! 典型的实验装置
从目前的报道来看， 有三种反应器产生的放电 被看作是大气压辉光放电’ 图 ( 所示为现在研究最多的大气压下辉光放电 实验装置’ 反应器由两块平板电极构成， 电场的振幅 一般为每厘米千伏量级， 频率一般在 )*+ 频段内，
［ # —(- ］ ’ 一般工作气体为氦气 但也有达到 ,*+ 量级的
P! 引言
到目前为止低气压辉光放电等离子体已经得到 较好研究并已广泛应用于材料加工 （ 沉积、 刻蚀和 表面改性） 等领域， 这与其具有明显的优点是分不 开的， 比如这种放电有比较低的击穿电压， 容易实现 稳定放电， 还可以在较大尺度内实现均匀以及相对 高的活性粒子浓度等’ 但另一方面由于低气压放电 离不开真空系统， 这使得材料处理不再能连续地进 行， 而且代价昂贵’ 这使得人们开始注意对一些大气 压下放电等离子体的应用研究， 比如电晕放电、 UVU 放电和弧放电等’ 由于这几类放电等离子体在某些 工业应用的场合不太适合， 比如电晕放电产生活性 粒子的效率太低且不均匀’ UVU 放电持续时间太短 （ 纳秒量级） ， 而且这种微放电或丝状放电也 不 均 匀， 容易导致被处理材料表面凹痕或针眼’ 而弧放电 则因为能量密度太高很容易损伤薄的或比较脆弱的
前沿进展
大气压辉光放电研究现状及应用前景 !
张! 锐! ! 刘! 鹏! ! 詹如娟 "
（ 中国科学技术大学近代物理系! 合肥! #$%%#& ）
摘! 要! ! 大气压辉光放电由于均匀性好、 能量效率高并且不需要真空系统， 正日益受到人们重视和研究’ 文章综 述了大气压辉光放电的研究进展， 包括实验条件、 放电特征、 放电机理以及最新的诊断方法， 还介绍它在薄膜沉积、 材料表面改性、 污染物质的消毒去污等方面的应用前景’ 关键词! ! 大气压辉光放电， 均匀性， 低温等离子体
［ # —(- ， (. ］ 家科学家的报道中也经常能见到 ’
图 " 所示为一种能在内部产生大气压辉光放电 等离子体的筒状装置’ 在石英管的外壁平行缠绕着 一对螺旋电极片， 工作气体从管内通过’ 日本 8092:; 大学的 <);+;): 等 人 用 其 进 行 过 聚 合 物 沉 积 的 实
［ =］ 验 ， 工作电压和频率与图 ( 和图 # 所示装置的范
・ #"!・
围相同’
"! 实验条件和机理研究
(>.. 年， 日本 8092:; 大学 <);+;): 等研究人员
! "" 卷（ #$$% 年） &期
前沿进展 和丝状放电的比较研究! 他们还发现在放电电流极 性转变大约 " !# 之后， 有一个电流的小增加， 他们称 之为 “ 剩余电流峰” ， 并将其作为 $%&’ 以上大气压
图 "! 螺旋电极大气压辉光放电装置
通过实验提出了在大气压下获得稳定辉光放电等离
［ #］ 子体的三个条件 ： ! 利用氦作为稀释气体； "采 用 )*+ 频率的电源； 在电极板上覆盖绝缘介质 ’ #
或掺杂的氩气， 还在空气
［ %］
、 氮气
［ (% ］
、 甚至氖气
［ (. ］
中产生大气压下的辉光放电’
［ "" ］ 电极结构下的实验研究 ! 在平行平板的电极结构
亚稳态原子就容易获得辉光放电， 这些亚稳态原子 的密度主要取决于它们产生和消亡的速率! 日本的 01+23 等人在研究大气压表面电极辉光放电时也提 出相同的看法
［ (4 ］
， 他们认为在电极表面覆盖一层介
质薄膜和引入气流可以抑制亚稳态原子的消亡， 从 而比较容易获得辉光放电! 5367 在其著作中将离子捕获原理用于解释大气 压辉光放电 ［8］： 即当所用工作电压频率高到半个周 期内可在极板之间捕获正离子， 又不高到使电子也被 捕获时， 将在气体间隙中留下空间电荷， 下半个周期 放电受空间电荷影响所需放电场强明显降低， 有利于 产生均匀的大气压辉光放电! 若频率太低， 电子与离 子都能到达边界并复合， 则或不能启动放电， 或只在 平板之间形成几个粗的丝状放电! 若频率太高， 电子 与离子都在放电中被捕获， 则形成丝状等离子体! 他 还提出了描述电极间距、 均方根电压和在两电极间只 捕获离子而不捕获电子从而产生均匀大气压辉光放 !"9:# 电等离子体的工作 频 率 的 关 系： " , !< , "#- !;- $ !"9:# 其中 !< 为激励频率， "9:# 为外加电压均方 " ， "#* !;* $ 根值， #- ， #* 分别为离子、 电子质量， !;- 为离子碰撞频 率， $ 为电极间的间距! !;* 为电子碰撞频率， 目前的大气压辉光放电等离子体通常采用惰性 气体尤其是氦作为稀释气体， 这是因为在没有惰性 气体的情况下， 电子在放电电源停止时， 很快与正离 子复合或者形成负离子， 从而导致 % * 下降! 而惰性 气体 特 别 是 氦 有 着 能 量 比 较 高 的 亚 稳 态 （ " = >： (8? @*A， " ( >： "<! 4*A） ， 能在混合气体通过碰撞电离 其他原子， 减少负粒子的形成， 从而延长等离子体的
［ ($ ］ ! 另外他们还提出了引起辉光放 辉光放电的特征
# D (［ ((］! 从 5367 所提出关系式来看， 很显然如果碰 撞频率升高， 那么将导致工作频率可能超出关系式 所设定的范围从而产生丝状放电! 最近清华大学的王新新等人在实验的基础上提
［ "< ， "( ］ ： 在 $:: 的空 出对 5367 离子捕获理论的质疑
［ "= ］ 两种放电均难以获得辉光放电 !
图 $G 氦气中的大气压辉光放电照片 （ 图注中括号内的 数字为电极间距） （ 1） 平行平 板 电 极 结 构 （ "; /;:） ； （ ;） 多针上电极结构 （ <? /;: ） ； （ 2） 多针下电 极结构 （ <! /;:）
・ ;:9・
工件’ 相比于上述几种形式的放电等离子体， 辉光放 电有着较好的均匀性，产生时所需的能量面密度较 小 （ 小于几瓦 W 厘米# ） ，而且辉光放电维持在电离态 时的能量效率高’ 而弧放电或等离子体炬通常每个 离子 M 电子对需要超过 P% Q 4X 的能量以维持等离子 体在电离态’ 因此， 近几年来大气压下的辉光放电研 究受到了人们越来越多的重视’ 事实上早在 PY$$ 年 XC5 R564< 等人就已报道了 用裸露电极在空气或氢气中产生大气压下的直流和
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