04气体放电的物理基础2.ppt

§4.1 气体放电的物理基础 HOME 1）粒子平均自由行程 6. 气体粒子的平均自由行程及其分布 一个粒子在相继两次碰撞之间所自由通过的距离。 粒子的自由行程： 粒子自由行程的平均值。 粒子的平均自由行程： §4.1 气体放电的物理基础 HOME 2）气体粒子的平均自由行程及其分布 设粒子的自由行程大于 x 的概率为 f(x) 该粒子运动经过 x 距离后，在其后 dx（dx λ）距离内遭受碰撞的概率: dx / λ。 粒子在 dx 距离内不发生碰撞的概率: 粒子的自由行程大于 x+dx 的概率: 如果位移 dx足够小，则 1 – dx / λ f(x+dx） 粒子在 x+dx 距离内不发生碰撞的概率: f(x) (1 – dx / λ) §4.1 气体放电的物理基础 HOME 其通解 气体粒子运动时，其自由行程大于零的概率： 100% C=1 3）气体粒子的自由行程大于 x 的概率: §4.1 气体放电的物理基础 7. 气体间隙的击穿理论 汤逊气体放电理论 流注理论 1）汤逊气体放电理论 均匀电场中，假定： (1) 当电子的动能小于气体粒子的电离能时，两者碰撞后不发生电离，反之，则一定电离； (2) 电子和气体粒子碰撞时，放出全部动能，然后再从零速开始下一次行程； (3) 电子沿电场方向运动，不考虑其实际轨迹为“Z”字形的特征。 HOME §4.1 气体放电的物理基础 (1) α空间电离过程 此时电子由电场所获得的能量: 设某电子在电场强度为E 的均匀电场中行经距离 x 而尚未发生碰撞。 HOME eEx 如果该电子碰撞中性气体分子并使之发生电离，则必须满足条件: eEx ≥ Wi 或 Ex ≥ Vi 为了能够引起电场电离，则该电子必须行经的运动距离: xi ≥ Vi /E 只有那些自由行程大于 xi 的电子，才可能与气体分子碰撞时使之发生电离。 自由行程大于 xi 的电子出现的概率: §4.1 气体放电的物理基础 单位距离内，一个电子的平均碰撞次数: HOME 1 / λ 其中自由行程大于 xi 的碰撞次数: 设气体温度保持恒定，则电子的平均自由行程λ与气压 p 成反比。 A — 比例系数 电场电离次数， 或称空间电离系数 α 1 / λ = Ap §4.1 气体放电的物理基础 注意：系数 A 和 B与气体压力 p 和温度 T 有关。 HOME 空间电离系数 气体粒子平均自由行程 λ 与气体的温度 T 成正比。 A和B与气体的温度T成反比。 若标准温度T0下的系数分别为 A0和 B0，则当温度变化到T1时，系数也将随之改变成 A1和B1。 B = AVi §4.1 气体放电的物理基础 式中： E —电极间的电场强度； p —气体压力； T —气体绝对温度 ； A0和B0—系数。 HOME 设A0和B0系数为绝对零度T0下的系数，则任意温度T (绝对温度)下的系数A和B： 一个电子沿电场运动时，行径单位距离由于电场电离而产生的带电粒子对数（一个电子和一个正离子）。 空间电离系数 α 的意义： §4.1 气体放电的物理基础 在汤逊放电理论中，这一气体电离过程被称为α空间电离过程。 HOME 在满足一定条件下，电极间气隙中所产生的新的自由电子以及原来已经存在的自由电子在电场的作用下，将会发生上述电场电离现象，进而电离出新的带电粒子。 如果碰撞阴极时正离子所具有的能量足够高，则可能使得阴极表面发生所谓的二次发射，从而在电极间气隙中产生新的电子。 (2) γ表面电离过程 如果电极间气隙中存在着正离子，则在电场的作用下这些正离子会向阴极运动，并在运动过程中积聚动能。 在汤逊放电理论中，这一气体电离过程被称为 γ 表面电离过程。 §4.1 气体放电的物理基础 两平行带电板组成的电极 HOME 0 x x dx d - - - - - - - 阴极 阳极 N0 (3) 气体击穿条件 设单位时间内从阴极出发的自由电子数为 N 0。 §4.1 气体放电的物理基础 设单位时间内从阴极方面进入此狭小区域的电子数为N，则在通过dx 区域后，由于电场电离（ α空间电离）而产生新的电子数： 在x＝d 处（即阳极表面）的电子数为： 间隙中由于电场电离而产生的正离子数为： HOME §4.1 气体放电的物理基础 HOME 在电场的作用下，这些由于电场电离而产生的正离子 将向阴极运动， 最终将碰撞阴极。 结果： 引起阴极表面电离。 γ表面电