气体放电过程分析

气体放电过程分析报告
一、气体放电的定义
气体放电是人们在自然界与日常生活中常常碰到的现象，如闪电、日光灯等，它一般是指在电场作用下或其他激活方法使气体电离，形成能导电的电离气体。

气体放电是产生低温等离子体的主要途径。

所谓的低温等离子体是区别于核聚变中高温等离子体而言的。

低温等离子体物理与技术在经历了一个由20世纪60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料及微电子为导向的研究领域的重大转变之后，现在已经成为具有全球影响的重要课题，其发展对于高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。

二、气体放电过程分析
气体放电的经典理论主要有汤森放电理论和流注放电理论等。

1903年，为了解释低气压下的气体放电现象，汤森(J．S．Townsend)提出了气体击穿理论，引入了三个系数来描述气体放电的机理，并给出了气体击穿判据。

汤森放电理论可以解释气体放电中的许多现象，如击穿电压与放电间距及气压之间的关系，二次电子发射的作用等。

但是汤森放电解释某些现象也有困难，如击穿形成的时延现象等；另外汤森放电理论没有考虑放电过程中空间电荷作用，而这一点对于放电的发展是非常重要的。

电子雪崩中的正离子随着放电的发展可以达到很高的密度，从而可以明显的引起电场的畸变，进而引起局部电子能量的加强，加剧电离。

针对汤森放电理论的不足，1940年左右，H．Raether及Loeb、Meek等人提出了流注(Streamer)击穿理论，从而弥补了汤森放电理论中的一些缺陷，能有效地解释高气压下，如大气压下的气体放电现象，使得放电理论得到进一步的完善。

近年来，随着新的气体放电工业应用的不断涌现及实验观测技术的进一步发展，将放电理论与非线性动力学相结合，利用非线性动力学的方法来研究气体放电中的各种现象成为气体放电研究中的重要内容。

汤逊理论通过引入“电子崩”的概念，较好地解释了均匀电场中低气压短间隙的气体放电过程，通过这个理论可以推导出有关均匀电场中气隙的击穿电压及其影响因素的一些实用性结论。

但是这个理论也有局限性，由于汤逊理论是建立在均匀电场、短间隙、低气压的实验条件下的，因此对于高气压、长间隙和不均匀电场中的气体放电现象就无法作出圆满的解释了。

比如，根据汤逊理论，气体放电应在整个间隙中均匀连续地发展，这在低气压下确实如此，如放电管中的辉光放电。

然而，在大气压力下长间隙的击穿却往往带有许多分枝的明亮细通道，如天空中发生的雷电放电即是如此。

对此，就需要用流注放电理论才能较好地解释这种高气压长间隙已经不均匀电场的气体放电现象了。

流注理论与汤逊理论的不同之处在于：流注理论认为电子的碰撞电离和空间光电离是形成自持放电的主要因素；而汤逊理论则没有考虑放电本身所引发的空间光电离对放电过程的重要作用。

同时，流注理论特别强调空间电荷对电场的畸变作用。

等。

三.气体放电的现象和形式
气体放电的形式和现象是多种多样的，依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电的形式总体上可以分为以下几类：（１）当气压
较低，电源容量较小时，气隙件的放电则表现为充满整个间隙的辉光放电。

（２）在大气压下或者更高气压下，放电则表现为跳跃性的火化，称为火花放电。

（３）当电源容量较大且内阻较小时，放电电流较大，并出现高温的电弧，称为电弧放电。

（４）在极不均匀电场中，还会在间隙击穿之前，只在局部电场很强的地方出现放电，但这时整个间隙并未发生击穿，这种放电称为局部放电。

高压输电线路导线周围出现的电晕放电就属于局部放电。

（５）当发生气体放电时，电极间交换的频率很高的放电形式叫高频放电。

（６）此外，在气体放电中还有一种特殊的放电形式，即在气体介质与固体介质的交界面上沿着固体介质的表面而发生在气体介质中的放电，称为沿面放电。

当沿面放电发展到使整个极间发生沿面击穿时称为沿面闪络。

例如，在输电线路上出现雷电过电压时，常常会引起沿绝缘子的表面的闪络。

四.气体放电现象的影响因素
气体放电现象及其发展规律主要受以下因素的影响：①所加电压的幅值及波形，如直流电压、交流电压、脉冲电压(模拟雷闪)等。

②通过电流的大小，如计数管中的电流（微安级），冲击大电流（兆安级）。

③所加电压的频率，如直流电压、工频电压等。

④气体的压力，从10-4帕的真空直至几兆帕的高气压。

不同气压下，气体击穿的物理过程各异。

⑤电极形状，它决定电场的分布，众而影响带电粒子的运动。

⑥容器与电极材料，高气压与高真空的气体击穿会受电极材料及表面状态的影响。

⑦气体的性质，如负电性气体可以提高气体的击穿电压。