第六章、辉光放电(glowdischarge)
电子信息与通信工程专业英语课文翻译1.4
基础电子学电子学衍生于对电力的研究和应用，是工程学和应用物理学的领域。
电力涉及力的产生，传输与使用金属导体。
电子学利用电子不同的运动方式及通过供气材料，如硅与锗等半导体，其他设备如太阳能电池，LED，微波激射器，激光及微波管等实现。
电子学应用于包括广播、雷达、电视、卫星系统传输，导航辅助设备系统，控制系统，空间探测设备，微型设备如电子表，许多电气设备和电脑等方面。
1.电子学的开端电子学的历史始于20世纪，包括三个关键元素：真空管，晶体管和集成电路。
19世纪早期是理论和发明取得重大发展的时代。
发现了红外线和紫外线。
道尔顿在1808年提出了原子理论。
在1840年之前就发现了热电效应、电解效应和光电效应。
20年之间相继产生了工作在低压下的放电管，辉光放电，新型电池及早期的扩音器。
因此，在1800—1875年之间，发现了基本的物理现象，电话，留声机，麦克风及扬声器等在实际应用中达到了极致。
至于19世纪末期，无线电报，磁记录，阴极射线示波器等都被发明了。
20世纪早期也见证了现代电子技术的开端。
1880年爱迪生发明了白炽灯成为现代电子领域的历史先驱者。
他发现有微弱的电流从加热的灯丝流向真空管内附着的金属板。
这就是众所周知的“爱迪生效应”。
如果使用了一个非电器的热源，注意到电池仅是必要的用来加热灯丝使电子移动。
1904年，约翰利用爱迪生效应发明了二极管，李.德.佛列思特紧接着在1906年发明了三极管。
这些真空管设备使电子能源控制的放大及传输成为可能。
20世纪初真空管的引入使现代电子学快速成长。
采用真空管让信号的控制成为可能，这是早期的电报电话电路不可能实现的，也是早期用高压电火花产生无线电波的发射机所不能实现的。
电子管首先应用于无线通信。
Guglielmo Marconi于1896年开辟了无线电报的发展，于1901年实现了远距离广播交流。
早期的收音机包括了无线电报（摩尔斯电码信号传输）或收音机电话（语音留言）。
什么是辉光放电
什么是辉光放电？（What is a glow discharge and what is it？）A glow discharge is a kind of plasma. It is an ionized gas consisting of equal concentrations of positive and negative charges and a large number of neutral species.In the simplest case, it is formed by applying a potential difference (of a few 100 V to a few kV) between two electrodes that are inserted in a cell (or that form the walls of the cell). The cell is filled with a gas (an inert gas or a reactive gas) at a pressure ranging from a few mTorr to atmospheric pressure. Due to the potential difference, electrons that are emitted from the cathode by the omnipresent cosmic radiation, are accelerated away from the cathode, and give rise to collisions with the gas atoms or molecules (excitation, ionizatio n, dissociation, …). The excitation collisions give rise to excited species, which can decay to lower levels by the emission of light. This process is responsible for the characteristic name of the “glow”discharge. The ionisation collisions create ion‐electron pairs. The ions are accelerated toward the cathode, where they release secondary electrons. These electrons are accelerated away from the cathode and can give rise to more ionization collisions. In its simplest way, the combination of secondary electron emission at the cathode and ionization in the gas, gives rise to a self‐sustained plasma.Due to the various collision processes in the plasma, a large number of different plasma species can be present: electrons, atoms, molecules, several kinds of radicals, several kinds of (positive and negative) ions, excited species, etc. These different species can all be in interaction with each other, making the glow discharge plasma a complicated gas mixture. The aim of our work is to obtain a better insight in the complex processes occurring in glow discharges and related plasmas, and we try to do that by numerical simulations. Different variants to glow discharge plasmasThe glow discharge described above can be called the “basic version”. In this direct current (dc) glow discharge, a continuous potential difference is applied between cathode and anode, giving rise to a constant current. However, this set‐up gives problems when one of the electrodes is non ‐conducting, as is the case in some applications (see below). Indeed, due to the constant current, the electrodes will be charged up, leading to burn‐out of the glow discharge. This problem is overcome by applying an alternating voltage between the two electrodes, as in the capacitively coupled radio‐frequency (cc rf) glow discharge. Indeed, the charge accumulated during one half of the cycle, will be neutralized by the opposite charge accumulated during the next halfcycle. Beside a time‐dependent rf voltage, an alternating voltage can also be applied in a lower frequency range, giving rise to an alternating current (ac) glow discharge. This can be considered as a consecution of short discharges, in which the two electrodes alternatingly play the role of cathode and anode. An important type of ac glow discharge, operating at atmospheric pressure, is the dielectric barrier discharge (DBD), where the electrodes are typically covered by a dielectric barrier. A variation to the ac discharge is the pulsed glow discharge, which also consists of short glow discharges (with lengths typically in the milli‐or microsecond range), followed by an afterglow, which is generally characterized by a longer time‐period. The advantage is that high peak electrical powers can be reached for a low average power, resulting in high peak efficiencies for various applications. In addition to applying an electric field (or potential difference), a magnetic field can also be applied to a glow discharge. The most well‐known discharge type with crossed magnetic and electric fields is the magnetron discharge. The electrons circulate in helices around the magnetic field lines and give rise to more ionisation. Hence, magnetrondischarges are typically operated at lower pressures and higher currents than conventional glow discharges. Recently, some new discharge types have been developed, which are also characterized by low pressure and high plasma densities, and which have their main application in the semiconductor industry and for materials technology. The major difference with the conventional glow discharge is that the electrical power is not applied through a potential difference between two electrodes, but through a dielectric window. The two most important “high‐density sources”, are the inductively coupled discharge, where the rf power is inductively coupled to the plasma, and the electron cyclotron resonance reactor, where microwave power and a magnetic field are applied. Microwave power can also be applied in so‐called microwave induced plasmas. V arious discharge types can be classified under this name, among others the resonance cavity plasmas, free expanding plasma torches and surface wave discharges. In fact, the list of discharge plasmas related to glow discharges is longer than this. But because they are at this moment beyond the research interest of our group, we will not go into detail here. More information can be found in: A. Bogaerts, E. Neyts, R. Gijbels and J.J.A.M. van der Mullen, Gas discharge plasmas and their applications, Spectrochimica Acta B, 57, 609‐658 (2002). Applications of glow discharges and related plasmas Glow discharges and related plasmas are used in a large number of application fields. The most important application is probably in the microelectronics industry and in materials technology, for surface treatment, etching of surfaces (e.g., for the fabrication of integrated circuits), deposition of thin protective coatings, plasma polymerisation, plasma modification of polymers and other surfaces. The exciting and light emitting character of discharge plasmas is also used for several interesting applications, such as in the light industry (e.g., fluorescence lamps, neon advertisements), as gas lasers, and as flat plasma display panels for the new generation of flat, large area television screens. Because a lot of chemical reactions take place in the plasma, several types of discharges (mainly atmospheric pressure glow discharges and dielectric barrier discharges) find also increasing interest for environmental applications (e.g., the destruction of volatile organic compounds) and biomedical applications (e.g., the sterilisation of materials).Finally, an application of glow discharges that is of special interest to our group is its use in analytical chemistry, for the spectrochemical trace analysis of (mainly solid) materials.。
宇宙真像简述27--宇宙能量五种形态—等离子体
2 . 等离子体形态能量。
（1）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。
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。
等离子体(等离子态,电浆,英文:Plasma)是一种电离的气体, 由于存在电离出来的自由电子和带电离子, 等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。
等离子态的一个最大的特点就是导电。
我们平时看到的闪电其实就是等离子体。
等离子体由克鲁克斯在1879年发现，“Plasma”这个词，由朗廖尔在1928 年最早采用。
等离子体是存在最广泛的一种物态，目前观测到的宇宙能量物质中，99%都是等离子体。
等离子体是继固态、液态、气态之后的能量第四态，当外加电压达到击穿电压时，气体分子被电离，产生包括电子、离子、原子和原子团在内的混合体。
（见《低温等离子体》《什么是等离子体》《电离辐射》词条）由于热运动和电磁力的作用，从某个分子逸出的电子可能与另一失去电子的阳离子碰撞而复合，也可与中性分子暂时结合而成阴离子。
电离辐射是指能量足够高而能使原子或分子中的电子解离、也就是使他们电离的辐射。
电离辐射通常包括高能亚原子粒子和离子、高速运动的原子(通常大于光速的1%)，以及高能电磁波。
γ射线、x射线，以及紫外线中的高能部分属于电离辐射，紫外线中低能部分以及所有紫外线以下的所有频谱，包括可见光(包括几乎所有类型的激光)、红外线、微波、无线电波则属于非电离辐射。
辉光放电和弧光放电
辉光放电和弧光放电辉光放电与弧光放电1汞氩气体放电的全伏—安特性1.1放电管两端刚开始加上电压时,电压很低,放电管中只有微弱电流流过,这个电流只有用非常灵敏的电流计才能测出来,此时电压低,电流小,不能使管内的汞氩气体激发或电离,但由于宇宙线、放射线辐射或光照下,使管内的气体中产生一些原始的电子或正离子,它们的量的很小,称为剩余电离,这些带电粒子在正级电压作用下分别从负极向正级运动(电子流)或从正极向负极运动(离子流)形成电流,随着电压的增加,电流也增大,OA段.1.2当电压继续增加时, 因为带电粒子数目不多,当所有的因为剩余电离产生的带电粒子全部达到电极后,电流就饱和了,这就是说电压升高,电流就不再增加,AB段。
1.3电压再升高时,放电管中电子受电场力加速,管内原始的自由电子速度愈来愈大,它们和汞原子、氩原子、气体分子碰撞时,就能使分子、原子电离,而电子又产生新的自由电子和离子,这些新的自由电子和离子加速后又使更多的原子分子电离,这个过程称雪崩放电,BD段。
1.4当电压升到B点时,由于雪崩放电,电流突然增加,汞离子、氩离子质量大能量高,猛烈轰击阴极,可以使阴极发射出足够多的电子来,电子和汞原子、电子和氩离子碰撞,汞在4.67V和5.46V 等能级上和氩在11.53和11.72能级上并不辐射,这些状态称亚稳态,亚稳态在气体放电灯中的启动时可作出重要贡献。
亚稳态原子与电子或其它粒子碰撞时,除了可能产生逐级激发或逐级电离外,也能把激发能交给电子或其它粒子,发生第二类非弹性碰撞.其中,潘宁效应是气体放电中最有用的第二类非弹性碰撞.在适当的两种气体组成的的混合气体中.它的着火电位要低于单种气体的着火电位.这个效应称为潘宁效应,它可用下式来表达.A* B→A B* e ΔE(ΔE是粒子碰撞后多余的一部分动能)此过程说明,激发态A*原子与B原子相碰, A*原子把自己的激发能转移给B 原子,使B原子电离.这里A*的激发能应大于或至少等于B原子的电离能. A*的激发能越接近于B原子的电离能,这种激发转移的几率就越大.一般来说, A*是亚稳态,因为它能在该能级上停留足够时间长,A*与B原子有足够长的相互作用时间,因此,发生潘宁效应的几率就大了.所以在低压汞荧光灯中,除了Hg以外,还充以适量的氩气,以形成潘宁效应,从而降低灯的启动电压.图D,称为放电着火,相应于D点的电压称为着火电压。
高气压下的辉光放电
• 高速照相机拍照 • 利用空间光强分布 2、电学特性 • 利用电压—电流曲线 • 利用Lissajous图
五、参数诊断
• 朗缪尔探针
• 微波干涉 • 光谱法 • Thomson散射法
谢谢！
两个不稳定性
• 电子的不稳定性:
它通常会在APGD的阴极位降区域出现，伴随着比较强烈 的电场波动。强烈的电场波动容易造成电子崩的急剧发展， 从而引起放电向电弧转化。通过使用大的镇流电阻，这种 电场的波动能够极大的削弱。
• 热不稳定性：
发电的过程总是伴随着电极及等离子体本身的发热。
彭宁效应
• 亚稳原子有很长的平均寿命（10-3秒或更长）。在混合气 体中,当一种气体的亚稳原子同另一种气体的原子或分子 碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后 者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。多余的能 量就转变为电子的动能，或使离子激发。这种过程称彭宁 电离或称彭宁效应。由于惰性气体的亚稳原子有较大的激 发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较 有效。彭宁效应可以使放电管的点火电压降低
Thomson散射法
带电粒子在电磁波电场下振荡，形成以电 子振荡为主的散射波，散射波中包含了电 子温度和等离子密度等信息。但在大气压 条件下，中性粒子对激光散射不可忽略， 无法使用
4|、从图中可 以看到辉光放 电典型的分层 现象，例如靠 近阴极的法拉 第暗区。
APGD优越性
• 低中气压下辉光放电条件要求苛刻，等离 子体能量较低 • 同其它放电形式的比较 电晕放电：产生活性粒子效率低，不均匀 电弧放电：能量密度太高 DBD放电：持续时间段，电流密度大 APGD： 均匀性好，能量效率高，不需要真空系统
产生均匀大气压辉光放电等离子体的工作 频率的关系为：
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。
辉光放电质谱应用和定量分析
２０１２年２月Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１２岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３１，Ｎｏ．１４７～５６收稿日期：２０１１－１０－２４；接受日期：２０１１－１０－２９基金项目：中国计量科学研究院基础科研项目（ＡＫＹ１０３１）作者简介：徐常昆，硕士研究生，核燃料循环与材料专业。
Ｅ ｍａｉｌ：ｃｈａｎｇｋｕｎｘｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ。
通讯作者：周涛，博士，副研究员，从事化学计量与无机质谱研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｔａｏ＠ｎｉｍ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１２）０１００４７１０辉光放电质谱应用和定量分析徐常昆１，周 涛２ ，赵永刚１（１．中国原子能科学研究院，北京 １０２４１３；２．中国计量科学研究院，北京 １０００１３）摘要：辉光放电质谱（ＧＤＭＳ）是利用辉光放电源作为离子源的一种无机质谱方法。
ＧＤＭＳ采用固体进样，样品准备过程简单、分析速度快、基体效应小、线性范围宽，是痕量分析的一种重要分析手段，在国外已经成为高纯金属和半导体分析的行业标准方法。
ＧＤＭＳ可以进行深度分析，选择合适的放电条件，可以在样品表面获得平底坑，深度分辨率可以满足对微米量级的层状样品进行测量。
目前商业化的ＧＤＭＳ都是直流放电源，这些仪器需要用第二阴极法或混合法才能对非导电材料进行测量，从而限制了ＧＤＭＳ在非导体材料分析方面的应用。
ＧＤＭＳ放电源和单接收方式并不能满足同位素丰度精确测量的要求，在精确度要求不高的情况下，ＧＤＭＳ在固体样品同位素丰度的快速测量方面还是有一定的应用价值。
文章总结了近几年国内外ＧＤＭＳ在各领域的应用进展和定量分析技术发展方向。
ＧＤＭＳ已经成为一种高纯导电材料分析的重要方法；在深度分析、非导电材料分析、固体同位素丰度快速测量中有一定的应用前景。
在定量测量方面，由于受到基体、测量条件等影响因素较多，缺乏合适的基体匹配的标准物质用于校正，ＧＤＭＳ主要停留在定性和半定量分析阶段。
直流辉光放电与射频辉光放电
During the background ionization stage of the process the electric field applied along the axis of the discharge tube sweeps out the ions and electrons created by ionization from background radiation. Background radiation from cosmic rays, radioactive minerals, or other sources, produces a constant and measurable degree of ionization in air at atmospheric pressure. The ions and electrons migrate to the electrodes in the applied electric field producing a weak electric current. Increasing voltage sweeps out an increasing fraction of these ions and electrons.
The regime between A and E on the voltage-current characteristic is termed a dark discharge because, except for corona discharges and the breakdown itself, the discharge remains invisible to the eye.
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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。
因为阴极位降区内，电子与正离子的相对运动速度很大，空间复合过程可以忽略，带电粒子的消失主要发生在电极表面上。
② 正离子在阴极位降区内运动的假设：
正离子的运动速度可以用电场强度E和迁移速率 表示： （6-3-2）
③阴极位降区内电场分布的假设：
取阴极表面处电场强度为E0，电场强度从阴极开始沿放电管管轴方向直线下降，在阴极位降区末端下降到0，取阴极位降区厚度为 ，则有： （6-3-3）
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
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。
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。
在正常辉光放电中，阴极位降 保持不变，为一常数 ，Un值大小与气体的电离电位、阴极材料的 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
气体
阴极
空气
Ar
He
H2
Hg
Ne
N2
Al
229
140
170
170
245
120
180
Ni
226
131
表6-3常用气体辉光放电各区域颜色
气体种类
阴极光层
负辉区
正柱区
空气
桃色
兰色
桃红色
H2
红褐色
淡兰色
桃色
N2
桃色
兰色
桃色
O2
红色
黄白色
淡黄色有桃色中心
He
红色
绿色
红发紫
Ar
桃色
暗兰色
暗紫色
Ne
黄色
橙色
橙红色
Hg
绿色
绿色
绿色
对上述实验进行必要的数学分析，发现阴极位降 是阴极电流密度 函数，既有 ，且与气压P、阴极位降区厚度 有关。
2、阴极电流密度 与阴极位降 的关系
在稳定放电条件下，任何截面积上的总电流密度都应相等，且正、负带电粒子形成的电流密度之和应为； （6-3-4）
设阴极表面处正离子流密度为 ，电子流密度为 ，则 （6-3-5）
而 是由正离子流轰击阴极表面产生的次电子发射，所以有 （6-3-6）
代入（6-3-5）得： （6-3-7）
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Ub，否则不能起辉。
§ 辉光放电的组成区域和基本特征
一、辉光放电的外貌、参数分布及定性分析
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。
而 （6-3-8）
其中， ----阴极表面前正离子电荷密度， ---阴极表面处正离子迁移速率。
由电场与空间电荷密度的关系， ，以及沿管轴方向有 ，从电场分布公式（6-3-3），并考虑电场方向指向阴极，这样 ，由此得到：
（6-3-9）
因为电子迁移速率 ，所以电子的空间电荷效应可以忽略（ 与实验结果一致），所以在阴极区 应为常数，由（6-3-2）可得： （6-3-10）
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Ub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。
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Pdn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。
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Ub。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 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。
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（~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。
5辉光放电的电流密度大约为 。
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。
§ 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 保持常数 ，阴极位降 也保持常数 ；当阴极放电充满整个阴极表面后，再增大放电电流（ ），阴极位降 才随之增大（反常辉光放电区）。
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Ubmin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；
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。
158
211
276
140
197
Ag
280
130
162
216
318
150
233
Cu
370
130
150
250
298
150
215
可见正常辉光放电的阴极位降 与阴极材料、气体种类相关。