第四次 气体放电.ppt

* * 3.1.1.3 气体放电发展过程 将真空室抽真空致10-1Pa的某一 压力时，接通相距为d的两个电极间 的电源，如图5-33，使电压逐渐上升。 当电压低时，基于宇宙射线及存在于 自然界的极微量放射性物质射线引起 的电离，电路中仅流过与初始电子数 相当的暗电流。随电压增加，当加速 电子能量大到一定值之后，与中性气 体原子（分子）碰撞使之电离，于是 电子数按等比级数迅速增加，形成电 子的繁衍过程，即雪崩式放电过程。 此时，若将原始电离源除去，放电立 即停止：非自持放电过程。若将原始 电离源去掉，放电仍能维持的放电过 程：自持放电过程。 一、由非自持放电过渡到自持放电的条件 　　　α过程：开始由阴极表面发射出一个电子，在电极间电压的作用下， 向阳极加速运动。当电子能量超过一定值之后，使气体原子发生碰撞电离， 后者被电离为一个离子和一个电子。则一个电子变为两个电子。重复这一 过程，即实现电子的繁衍。 电子对气体的体积电离系数α ：每一个电子从阴极到阳极繁衍过程中， 单位距离所增加的电子数。 γ过程：离子在阴极位降的作用下，轰击阴极表面，产生γ电子 （二次电子） 正离子的表面电离（二次电子发射）系数：每一个正离子轰击阴极表面 而发射的γ电子的平均数。 γ的大小与阴极材料、离子的种类、电场强度等相关。 以γ为火种，可引发α过程，产生的离子还可以轰击阴极表面继续产生 γ电子。达到一定条件下，即使没有外界因素产生的电子，也能维持放电的 进行，即进入自持放电状态。 非自持放电转为自持放电的条件： 设单位时间从单位阴极表面逸出的电源电子数为n0，相对应的阴极电流密度为j0。又设距阴极为x的平面上每单位面积的电子数为nx。α为电离系数，则每个电子在路程dx上所产生的平均电离次数为αdx，而飞入dx薄层的nx个电子产生的电离次数为 nxαdx，即在dx路程内由nx个电子产生的电子数为 dnx=nxαdx 二、帕邢定律及点燃电压的确定 如图5-37所示，两个平行平板（距离为d）电极上加以直流电压后，在极 间形成均匀电场。其中气体压力为p，若气体和电极材料成分一定，气体 恒温，电极保持冷状态，则击穿电压Uz是p和d的乘积的函数：Uz=Uz（pd）， 且Uz有一个极小值Uzmin，对应的有pdk。此为帕邢定律。 可见Uz=Uz（pd）。不同的气体，上述关系不同，如图5-38所示。 气体的最低点燃电压Uzmin（击穿电压Uz）和与之对应的pdk值不仅与气体有关，而且与阴极材料有关，如表5-4 在真空容器中，若无空间电荷，两极间电位分布如图5-39中的OA0所示 成直线分布。 放电后，（在空间产生的正离子和电子的密度差不多？） ，一方面在阴极附近电子尚未被有效加速，因此阴极附近产生的离子数目少；另一方面，由于电子质量小、运动速度大向阳极迁移率大。正离子则相反，质量大，向阴极运动速度 小，所以堆积在阳极附近，这种正的空间电荷效应使两极间电场畸变，相当于使阳极A向阴极K移动，形成等效阳极。两极间电压主要分布在阴极和等效阳极之间，也近似为直线分布，称为阴极位降。如图5-39中的OA1，OA2所示。其中的d1、d2称为阴极位降区宽度。 在气体点燃之前，电场强度E=Uz/d，在Uz作用下使电子得到了足够的能量将气体点燃，进入自持放电阶段。在放电发展过程中，等效阳极逐渐靠近阴极K，即阳极相当由A处移致A1处，再移致A2处。因此， 在阴极K和等效阳极之间的场强增大为E2=Uz/d2。 当气体压力不变时，电子平均自由程λe不变，所 以电子能量eE2λeeEλe。但电子原来具有的能量 eEλe足以使气体电离，产生等效阳极之后降低极 间电压Uz仍可维持放电过程。因此，一旦气体点 燃后，两极间电压Uz将自动沿帕邢曲线降致Uzmin。 此时等效阳极与阴极之间的距离用dk表示。放电便 进入了稳定的正常辉光放电压。Uz是维持正常辉光 放电所需电压。因此，当气体点燃后，极间电压将 出现陡降现象 三、气体放电伏安特性曲线 如图5-40，真空容器中面积为10cm2的平板铜电极，极间距50cm，管中充氩气，气压 p=133Pa。回路中串有可调电压的直流电源和电阻Ra，测出极间伏安特性曲线如图5-41 所示。 接通电源，调节电源电压Ua和电阻Ra，测出极间伏安特性曲线如图5-41所示。图中 AB段表示电压从0逐渐增加时出现非常微弱的电流（10-12A）。这一电流是自然辐照 引起的电子发射或残余带电粒子引起的空间电离产生的。虽然在极间运动的带电粒子 随着极间电压的提高能量也提高，从而可以提高激发、电离几率，使放电电流提高， 但很微弱，也看不到发光现象，此为