第六章、辉光放电(Glow discharge)
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。
辉光发电质谱仪工作原理
辉光发电质谱仪工作原理辉光发电质谱仪（Glow Discharge Mass Spectrometer，GDMS）是一种利用辉光放电技术结合质谱分析方法的仪器。
它主要用于金属、合金和陶瓷等材料的成分分析，具有高灵敏度、高分辨率和广泛的元素适应性等优点。
本文将详细介绍辉光发电质谱仪的工作原理。
一、辉光放电过程辉光放电是指在气体环境中，两个电极间形成正电压差时，气体分子碰撞产生的电离电子被电场加速并与原子或分子碰撞，发生电子输送和能量转移的过程。
具体步骤如下：1. 点火阶段：通过施加高频高压电场，使电极间的气体发生电离，产生电子和正离子。
这些电子和离子在电场的作用下形成电弧，并逐渐形成辉光放电。
2. 积聚阶段：在辉光放电过程中，电子与气体分子碰撞形成正离子，在电场的作用下，正离子聚集在阴极表面，形成电场与雷诺型层。
3. 钝化层形成阶段：电子在阴极表面发生能量转移，产生高能电子轰击和多次散射的效应，使原子或分子从材料表面打出，并在表面形成一层钝化层。
4. 圣戴运输阶段：钝化层上的原子或分子在电场的作用下运输到阳极，形成离子束，并被导入质谱分析部分。
二、辉光发电质谱仪结构辉光发电质谱仪主要由以下几部分组成：1. 离子源：包括放电室和阳极收集器。
放电室内安装有高频高压电源，用于产生辉光放电。
阳极收集器负责接收放电室中产生的离子束。
2. 质谱分析部分：主要由质谱仪和探测器组成。
质谱仪根据离子的质量-电荷比（m/z）进行分离和检测，可以获取样品中不同元素的信息。
探测器用于记录和放大分析信号。
3. 控制系统：包括电源控制和数据采集系统。
电源控制可以对放电条件进行调节和监控，保证辉光发电的稳定性。
数据采集系统用于记录和处理质谱分析得到的结果。
三、辉光发电质谱仪的工作原理如下：1. 放电条件设置：根据待测样品的性质和测试要求，合理设置放电条件，包括放电电流、放电时间和气体环境等。
2. 辉光放电：施加高频高压电场，使气体发生辉光放电。
辉光放电、弧光放电解释
弧光放电arc discharge高温热发射持续弧光放电呈现弧状白光并产生高温的气体放电现象。
无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中，当电源功率较大，能提供足够大的电流（几安到几十安），使气体击穿，发出强烈光辉，产生高温（几千到上万度），这种气体自持放电的形式就是弧光放电。
通常产生弧光放电的方法是使两电极接触后随即分开，因短路发热，使阴极表面温度陡增，产生热电子发射。
热电子发射使碰撞电离及阴极的二次电子发射急剧增加，从而使两极间的气体具有良好的导电性。
弧光放电的特征是电压不高，电流增大的两极间电压反而下降，有强烈光辉。
还有一种弧光放电叫做冷阴极弧光放电，阴极由低熔点材料（如汞）做成。
阴极表面蒸发出的蒸气被电离，在阴极表面附近堆积成空间正电荷层，此电荷层与阴极间极为狭窄区域内形成的强电场引起场致发射，使电流剧增，产生电弧。
弧光放电应用广泛。
可用作强光光源，在光谱分析中用作激发元素光谱的光源，在工业上用于冶炼、焊接和高熔点金属的切割，在医学上用作紫外线源（汞弧灯），等等。
但是大电流电路开关断开时产生的弧火极其有害，应采取灭弧措施。
辉光放电glow discharge低压气体中显示辉光的气体放电(空气中的电子大概在1000对/cm3,由于高压放电现象在低气压状态下会产生辉光现象）现象。
在置有板状电极的玻璃管内充入低压（约几毫米汞柱）气体或蒸气，当两极间电压较高（约1000伏）时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。
辉光放电的特征是电流强度较小（约几毫安），温度不高，故电管内有特殊的亮区和暗区，呈现瑰丽的发光现象。
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。
低温等离子体产生方法辉光放电
辉光放电（Glow Discharge）
辉光放电属于低气压放电（low pressure discharge)，工作压力一般都低于10mbar，其构造是在封闭的容器內放置两个平行的电极板,利用电子将中性原子和分子激发,当粒子由激发态(excited state）降回至基态（ground state)时会以光的形式释放出能量。
电源可以为直流电源也可以是交流电源.每种气体都有其典型的辉光放电颜色(如下表所示)，荧光灯的发光即为辉光放电。
因此,实验时若发现等离子的颜色有误，通常代表气体的纯度有问题，一般为漏气所至。
辉光放电是化学等离子体实验的重要工具，但因其受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，而无法广泛应用于工业制造中。
目前的应用范围仅局限于实验室、灯光照明产品和半导体工业等。
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部分气体辉光放电的颜色
部分气体的辉光放电实例。
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.
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。
辉光放电质谱-精品课件2
2014-10-21
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分析参数的选择与分析过程
• 预溅射 – 采用比分析过程更强的放电条件，使样品表面尽可能 多地被溅射剥离，从而获得内部具有代表性的样品平 均含量。
2014-10-21
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分析参数的选择与分析过程
• 质谱分析过程 – 选定分析元素 – 选定扫描参数 (扫描点数、步长、积分时间) – 以分析元素对应的磁场强度为中心，以设定的扫描参 数按质量数扫描，对测得的每一点的离子电流（即峰 高）按设定的时间进行积分，即得到质谱峰的大小。 – 谱峰的识别
2014-10-21
3
4.4 分析特点和性能比较
• 1.固体样品直接分析
– Bulk Analysis
• 2.分析元素范围广
• 3.低检测限
• 4.不同元素的响应性差异小
• 5.线性动态范围宽
• 6.基体效应小
• 7.可深度分析
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4
分析元素范围广
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5
深度分析
Ix I Matrix
Cx
Ix / Ax I / A Matrix Matrix
I x AMatrix IMatrix Ax
半定量分析公式（二）：
半定量分析：不考虑样品中不同元素的灵敏度 ，近似认为被测元素与基体元素的离子束强度 比值 IBR (ion beam ratio )等于浓度比
采用数值固定的“典型”相对灵敏度因子 RSFx(typical)
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分析参数选择与分析过程谱峰识别
Ar38++
F19
2014-10-21
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分析参数选择与分析过程谱峰识别
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。
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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。
阿斯顿暗区的厚度与气体压强P成反比（正常辉光放电的Pd n值为常数）。
为什么是暗区呢？我们知道，发光是自发辐射现象。
电子从阴极出来，进入电场很强的区域被电场加速，但在阴极附近，电子速度很低，电子能量低于气体的最低激发态的激发能，还不能产生碰撞激发，所以该区域没有辐射发光存在，故为暗区。
有人已从实验上证明了阴极到阴极光层的电位差相当于激发电位（5~10V），样品气体的最低激发电位不同，阿斯顿暗区的厚度也不同，激发电位↑，阿斯顿暗区厚度↑。
2、阴极光层（Cathode Layer）:仅靠阿斯顿暗区是一层很薄、很弱的发光层。
当放电气体压强P很大时，阿斯顿暗区与阴极发光层几乎分不清楚。
在阴极发光层区，由阿斯顿暗区过来的电子能量已经达到气体粒子的激发电位所对应的激发能（在He气体中测量此处的电子能量正好等于He的第一激发态的激发能），所以该区域气体会发出微弱的荧光，呈现为发光较弱的发光层。
3、阴极暗区（Cathode Dark Space）:紧靠阴极光层是一发光极弱的阴极暗区，阴极暗区与阴极发光层没有明显的界限。
前面讲过，进入阴极发光层的电子能量刚好达到第一激发电位，碰撞激发效率比较高，而进入阴极暗区的电子，由于电场的继续加速，电子能量超过激发函数最大值对应的电子越来越多（1.5~2倍激发能），所以碰撞激发几率降低，导致发光减弱，特别是被明亮的负辉区衬托，成为阴极暗区。
在阴极暗区，电子能量已超过第一电离能，所以在这个区域内产生大量的碰撞电离，雪崩放电就集中在这一区域内。
由于阿斯顿暗区到阴极暗区的区间，是放电管内电场强度最强的区域，所以此区域内电子运动是以定向运动为主。
4、负辉区（Negative Glow）:在辉光放电中，负辉区是发光最强的区域。
因为负辉区亮度大，所以看起来与阴极暗区有明显界限。
电子经过前面各区域的加速，进入负辉区的电子基本上可分成两大类：第一类是快电子，这部分电子从阴极附近产生后，一直被电场加速到负辉区，这部分电子占一小部分；第二类是慢电子，这部分电子从阴极发射出来，虽然经过电场加速，经历了多次非弹性碰撞，电子能量小于电离能，但可以大于或接近激发能，这部分电子占大部分，这些电子在负辉区产生许多碰撞激发，所以会有明亮的辉光。
该区域的电场强度E~0，所以快电子少，慢电子多，由于电子的速度相对比较小，空间复合的几率会有所增大。
由阿斯顿暗区到负辉区是辉光放电不可缺少的区域，主要的管压降（70~400V）就集中在该区域内，所以被称为阴极位降区或阴极区。
5、法拉第暗区（Faraday Dark Space）：穿过负辉区，就是法拉第暗区。
一般法拉第暗区比上述各区域都厚。
大部分电子在负辉区经历了多次非弹性碰撞，损失了很多能量，且负辉区E~0，电子无加速过程，所以从负辉区进入法拉第暗区的电子能量比较低，不足以产生激发和电离，所以不发光，形成一个暗区。
从电场分布可以看出，进入法拉第暗区后，电场强度又开始E＞0，但比较弱，电子又被加速，这样慢电子通过法拉第暗区加速成快电子，进入正柱区。
由阿斯顿暗区---法拉第暗区五个区域组成的放电部分称为阴极部分。
6、正柱区（Positive Column）：又称为正光柱（细放电管内充满光柱）。
在低气压情况下，正柱区为均匀的光柱；当气压较高时，会出现明暗相间的层状光柱（辉纹），条件不同，辉纹状态不同。
有时辉纹还会在放电管内滚动。
正柱区内，电场E沿管轴方向分布是均匀的，即电场强度E近似为一常数值。
因此在正柱区内空间电荷等于0，即在正柱区的任何位置电子密度与正离子密度都相等，对外不呈电性，所以又称为等离子体区。
由于正离子迁移速率很小，所以放电电流主要是电子流，正离子的作用主要是抵消电子的空间电荷效应。
从电场强度上看，正柱区的场强比阴极位降区场强小几个量级，所以正柱区的电子运动主要是乱向运动，电子的能量分布符合Boltzman-Maxwell热分布。
7、阳极区（Anode Space）：位于正柱区与阳极之间的区域为阳极区。
有时可以观察到阳极暗区(Anode Dark Space)和阳极表面处的阳极辉光（Anode Glow）。
对于阳极区，放电电流较大时，在靠近正柱区一端，电子被阳极吸引，而正离子被阳极排斥，⇒使得阳极区产生负的空间电荷⇒电场强度↑，电位↑↑，⇒阳极位降。
这样从正柱区出来的电子在阳极暗区加速，在阳极前产生碰撞激发和电离，⇒阳极表面形成一层发光层----阳极辉光层。
总结：从外观上看：各发光区中，以负辉区最亮，正柱区居中，阳极光层最弱；电场分布：阴极位降区最强，正柱区为稳定场强区，该区域轴向场强为均匀分布；电位降分布：放电管的压降主要集中在阴极位降区；空间电荷：正柱区内电子密度与正离子密度处处相等，对外不呈电性，故称为等离子体；电子雪崩：从阴极发射出来的初始电子，仅在阴极区引起电子雪崩；电离增长在阴极暗区最强。
因此阴极位降区是辉光放电中最重要，也是必不可少的部分，且在这一区域应满足自持放电条件。
二、辉光放电的基本特征① 辉光放电在电极间的光强分布是明、暗相间的有规律分布；② 管压降U 明显低于着火电压U b 。
正常辉光放电的管压降不随放电电流的变化而改变；③ 阴极电子的发射主要是γ过程，即正离子、亚稳态原子、光子和高速运动的中性粒子打到阴极上产生次电子发射；④ 阴极位降区是维持辉光放电必不可少的区域，具有大约70~400V 的阴极位降（大小与气体种类、阴极材料有关）。
在这一区域产生电子雪崩放电，满足维持自持放电条件，净余空间电荷为正电荷；这与罗果夫斯基的空间电荷分布假设很相近。
⑤ 辉光放电的电流密度大约为2/~cm mA A μ。
在辉光放电中，必不可少的是阴极位降区，而应用主要是正柱区，现就阴极位降区和正柱区进行详细讨论。
§6.3 辉光放电的阴极位降区 一、阴极位降区的实验规律1、辉光放电的阴极位降Uc正常辉光放电开始时，放电电流很小，辉光放电仅发生在阴极表面的一小部分，在阴极表面只有星星点点的阴极亮斑出现；随着放电电流的增大，阴极放电面积与放电电流呈正比增大，阴极表面的放电斑点开始增大，直至充满整个阴极表面；在正常辉光放电条件下，阴极电流密度c j 保持常数n j ，阴极位降c U 也保持常数n U ；当阴极放电充满整个阴极表面后，再增大放电电流（↑c j ），阴极位降c U 才随之增大（反常辉光放电区）。
在正常辉光放电中，阴极位降c U 保持不变，为一常数n U ，U n 值大小与气体的电离电位、阴极材料的γ系数有关。
常用阴极材料及气体的辉光放电的正常阴极位降见表6-1。
表6-1常用阴极材料及气体的辉光放电的正常阴极位降可见正常辉光放电的阴极位降n U 与阴极材料、气体种类相关。
2、阴极位降区厚度n d 与气压P 的关系当放电的其它条件均保持不变，正常辉光放电的阴极位降区厚度n d 随放电气体压强P 成反比变化，且保持n d P ⋅为常数，n d P ⋅大小与阴极材料、气体种类有关。
Al 、Fe 两种阴极材料正常辉光放电的n d P ⋅值见表6-2。
表6-2 Al 、Fe 两种阴极材料正常辉光放电的n d P ⋅值（cm Pa ⋅）3、正常辉光放电的阴极电流密度n j当放电气体气压P 改变时，正常辉光放电的阴极电流密度n j 随气压P 的平方成反比变化，即t cons P j n tan /2=。
实验发现仅Ne 气t cons P j n tan /5.1=。
4、正常辉光放电各区域的发光颜色放电气体不同，各发光区域的颜色不同，常用气体辉光放电各区域颜色见表6-3。
表6-3常用气体辉光放电各区域颜色对上述实验进行必要的数学分析，发现阴极位降c U 是阴极电流密度c j 函数，既有)(c c j f U =，且与气压P 、阴极位降区厚度c d 有关。
下面就阴极位降与阴极电流密度之间的关系进行分析。
（对应V-A 特性曲线） 二、 阴极位降c U 与阴极电流密度c j 关系的理论推导 1、理论上的假设为了建立阴极位降c U 、阴极电流密度c j 及阴极位降区厚度c d 之间的关系，必须确定带电粒子运动速度与电场强度的关系、电离几率与速度之间的关系、空间电荷密度与电场的关系，再加上维持辉光放电的稳定性条件及阴极表面的边界条件（γ过程），从而推导出阴极位降c U 与阴极电流密度c j 的关系。
为此做如下假设（这些假设是以实验结果为依据的）： ① 阴极位降区内带电粒子的产生与消失的假定：假定在阴极位降区内，电子的碰撞电离系数α仅决定于所在位置处的电场强度E （实际上，当电子在多个自由程内E 为常数时，α与E 才是单值函数）有关，关系式为：)/exp(PE BA P-=α（6-3-1） 在此忽略了正离子的碰撞电离作用（0=β，因为正离子动能很小，碰撞电离几率很小），正离子轰击阴极的次电子发射系数γ为常数。