气体放电理论

电子崩阶段电子崩外形好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀，电子崩中的电子数：n＝e αx例如，正常大气条件下，若E＝30kV／cm，则α≈11cm-1，计算随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数x/cm 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.01993059874 n 9 27 81 245 735663422087空间电荷畸变了外电场大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场电子崩头部电场明显增强，电离过程强烈，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，发射出光子崩头内部正负电荷区域电场大大削弱，有助于发生复合过程，发射出光子89流注阶段电子崩走完整个间隙后，大密度的头部正离子空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子光子引起空间光电离，其中电子被主电子崩头部的正空间电荷所吸引，在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩光电离、二次崩1：主电子崩2：二次电子崩3：流注正流注的形成（外加电压等于击穿电压时）二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。

大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场1—主电子崩2—二次电子崩3—流注1011试验测量结果：电子崩在电离室中得到的初始电子崩照片图a和图b的时间间隔为1×10-7秒p=270毫米汞柱，E=10.5千伏/厘米初始电子崩转变为流注瞬间照片p＝273毫米汞柱，E=12千伏/厘米电子崩在空气中的发展速度约为1.25×107cm/s14高频脉冲电流尖极为负的电晕1.到一定值时，有规律的重复电流脉冲，平均电流为μA2.升高脉冲幅值基本不变，频率增高，平均电流增大3.再升高，电晕电流为持续电流，平均值继续增大4.继续升高，出现不规则的电流脉冲，幅值大得多---流注型(a) 时间刻度T=125μs(b) 0.7μA电晕电流平均值(c) 2μA电晕电流平均值2839当棒具有负极性时电子崩中电子离开强电场区后，不再引起电离，正离子逐渐向棒极运动，在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，使电场畸变棒极附近的电场得到增强，因而自待放电条件就易于得到满足、易于转入流注而形成电晕放电E ex —外电场E —空间电荷的电场41当棒具有正极性时电子崩进入棒电极，正电荷留在棒尖加强了前方（板极方向）的电场（曲线2）电场的加强对形成流注发展有利。

气体放电原理气体放电是指在一定条件下，气体中的自由电子受到电场的作用而加速，与气体原子或分子发生碰撞，使其电离并产生电流的现象。

气体放电是一种重要的物理现象，广泛应用于放电灯、气体放电激光器、等离子体物理研究等领域。

气体放电的原理主要包括电离、电子与离子的碰撞、电子能量的损失和复合等过程。

在电场的作用下，气体分子中的自由电子受到电场力的作用而加速，当电子的动能足够大时，就能够克服原子或分子的束缚能而发生电离。

电离过程是气体放电的起始阶段，也是电流的产生阶段。

在电离过程中，产生了大量的自由电子和离子，它们在电场的作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，使得气体分子进一步电离，形成电子级联增殖的现象。

在气体放电过程中，电子与离子的碰撞是不可避免的。

当电子与离子碰撞时，它们会相互传递动量和能量，使得电子的能量逐渐损失，而离子的能量逐渐增加。

这种能量的转移和损失导致了电子的能量分布发生变化，形成了电子能谱。

电子能谱的形状和分布对气体放电过程的性质和特性有着重要的影响。

除了电离和碰撞外，电子的能量损失和复合也是气体放电过程中重要的物理过程。

当电子与气体分子碰撞时，它们会失去能量，并使得气体分子电离或激发。

另一方面，电子还会与正离子复合，释放能量并再次形成原子或分子。

这种能量的损失和复合过程是维持气体放电的能量平衡的重要机制。

综上所述，气体放电是一种复杂的物理现象，其原理涉及到电离、碰撞、能量损失和复合等多个过程。

深入理解气体放电的原理，有助于我们更好地应用气体放电技术，推动相关领域的发展。

同时，气体放电的研究也为我们提供了一个认识自然界和探索未知领域的重要途径。

希望本文能够为读者提供一些有益的信息，促进气体放电领域的进一步研究和应用。

气体放电理论1)简要论述汤逊放电理论。

当外施电压足够高时，一个电子从阴极出发向阳极运动，由于碰撞游离形成电子崩，则到达阳极并进入阳极的电子数为eas个(α为一个电子在电场作用下移动单位行程所发生的碰撞游离数；s为间隙距离)。

因碰撞游离而产生的新的电子数或正离子数为(eas-1)个。

这些正离子在电场作用下向阴极运动，并撞击阴极．若1个正离子撞击阴极能从阴极表面释放r个(r 为正离子的表面游离系数)有效电子，则(eas-1)个正离子撞击阴极表面时，至少能从阴极表面释放出一个有效电子，以弥补原来那个产生电子崩并进入阳极的电子，则放电达到自持放电。

即汤逊理论的自持放电条件可表达为r(eas-1)=1。

2)为什么棒－板间隙中棒为正极性时电晕起始电压比负极性时略高？（1）当棒具有正极性时，间隙中出现的电子向棒运动，进入强电场区，开始引起电离现象而形成电子崩。

随着电压的逐渐上升，到放电达到自持、爆发电晕之前，在间隙中形成相当多的电子崩。

当电子崩达到棒极后，其中的电子就进入棒极，而正离子仍留在空间，相对来说缓慢地向板极移动。

于是在棒极附近，积聚起正空间电荷，从而减少了紧贴棒极附近的电场，而略为加强了外部空间的电场。

这样，棒极附近的电场被削弱，难以造成流柱，这就使得自持放电也即电晕放电难以形成。

（2）当棒具有负极性时，阴极表面形成的电子立即进入强电场区，造成电子崩。

当电子崩中的电子离开强电场区后，电子就不再能引起电离，而以越来越慢的速度向阳极运动。

一部份电子直接消失于阳极，其余的可为氧原子所吸附形成负离子。

电子崩中的正离子逐渐向棒极运动而消失于棒极，但由于其运动速度较慢，所以在棒极附近总是存在着正空间电荷。

结果在棒极附近出现了比较集中的正空间电荷，而在其后则是非常分散的负空间电荷。

负空间电荷由于浓度小，对外电场的影响不大，而正空间电荷将使电场畸变。

棒极附近的电场得到增强，因而自持放电条件易于得到满足、易于转入流柱而形成电晕放电。

低电压长间隙气体放电理论
低电压长间隙气体放电理论指的是在较低的电压和相对较长的脉冲间隙条件下，气体中发生的电击放电现象。

根据该理论，当电压升高到某一临界值时，气体中的自由电子被加速，撞击气体分子，产生新的自由电子和离子。

这一过程被称为电离，将气体分子转化为离子。

在离子化过程中，气体中的电子和离子会迅速重组，形成一条电流通路，电流的流动导致电击放电现象的发生。

在低电压长间隙条件下，电击放电所需要的电压较低，而间隙较长，因此需要较高的电场强度才能引发电离。

常用的形式包括正、负或交流电压的升高、电压上升速率增加等。

低电压长间隙气体放电理论在气体放电研究、太赫兹波探测等领域有着重要的应用价值。

但具体的实验操作和应用涉及到电器安全和实验安全问题，请在专业人士指导下进行相关研究或实验。

气体放电原理
气体放电是指当气体中的电子和离子获得足够的能量时，发生放电现象的过程。

其原理涉及到气体的电离和电子的碰撞等基本物理过程。

气体电离是指在电场的作用下，气体中的原子或分子失去电子成为正离子和自由电子的过程。

当电场强度足够大时，气体中的原子或分子受到电场的力，电子被加速并获得足够的能量，从而发生电离，形成正离子和自由电子。

电子的碰撞是指在气体中，自由电子与离子或原子之间发生的碰撞过程。

电子在碰撞过程中会失去能量，导致其速度减小。

当碰撞速率和电子再次获得能量的速率达到平衡时，电子的速度将保持稳定。

在气体放电过程中，电子和离子受到电场的作用而产生加速，当它们的能量达到一定程度时，就会引发碰撞电离，进而导致更多的电离。

这种连锁反应会引起电流的流动，形成可见的放电现象，如闪电、辉光灯等。

不同的气体放电现象具有不同的特点和应用。

例如，闪电放电具有极高的能量和电流，可破坏设备和引起火灾。

辉光灯则是通过控制气体放电来产生可见光，用于照明和显示等领域。

总之，气体放电现象是通过电场作用下的电离和碰撞过程实现的。

这一原理在各种领域的应用中发挥着重要的作用，从科学研究到工业应用都有广泛的应用价值。

气体放电基础知识气体击穿理论气体介质是电力系统和电气设备中常用的绝缘介质。

如：空气、CO2、N2、SF6、混合气体等。

当电场强度达到一定数值后，气体会失去绝缘能力，从而造成事故。

为了能正确构成气体绝缘，就需要了解气体中的放电过程。

本章着重介绍气体击穿的一些理论分析，如：带电质点的产生、运动和消失的规律；气体击穿过程的发展等。

第一节气体放电主要形式什么是气体放电：气体中出现电流的各种形式统称为气体放电。

处于正常状态并隔绝各种外电离因素作用的气体是完全不导电的。

气体中存在少量带电质点（紫外线、宇宙射线作用，500-1000对/立方厘米正、负离子），在电场作用下，带电质点沿电场方向运动，形成电流，所以气体通常并不是理想绝缘介质。

由于带电质点极少，气体的电导也极小，仍为优良的绝缘体。

击穿：当提高气体间隙上的外施电压而达一定数值后，电流突然剧增，从而气体失去绝缘性能。

气体这种由绝缘状态突变为良导电态的过程，称为击穿。

沿面闪络：当击穿过程发生在气体与液体或气体与固体的交界面上时，称为沿面闪络。

击穿电压：气体击穿的最低临界电压称为击穿电压。

击穿场强：气体发生击穿时的电场强度称为击穿场强。

气体放电形式根据气体压力、电源功率、电极形状等因素的不同，击穿后气体放电可具有多种不同形式：1、辉光放电2、电弧放电3、火花放电4、电晕放电1、辉光放电当气体压力不大、电源功率很小（放电回路中串入很大阻抗）时，外施电压增到一定值后，回路中电流突增至明显数值，管内阴极和阳极间整个空间出现发光现象。

这种放电形式称为辉光放电。

辉光放电的特点：电流密度较小，放电区域通常占据整个空间；管端电压较高，不具有短路的特性。

注意：辉光放电仅发生在气压较低的情况下2、电弧放电随着外回路中的阻抗减小，电流增大。

当电流增大到一定值后，放电通道收细，且越来越明亮，管端电压则更加降低，说明通道的电导越来越大，这时的放电形式称为电弧放电。

电弧放电的特点：电流密度很大，管端电压很低，具有短路的特性。

气体放电公式
气体放电是一个复杂的过程，涉及多个因素，因此并没有一个通用的公式可以完全描述这一过程。

不过，有一些理论模型和特定条件下的公式可以用来理解和计算气体放电的一些特性。

例如，汤逊理论主要关注电离的主要因素是空间碰撞电离，以及正离子碰撞阴极导致表面放电是自持放电的必要条件。

这个理论适用于低气压、短间隙的情况，即Pd<27kPacm（d<）。

另外，非自持放电需依赖外界游离因素才能维持放电，当外界游离因素消失，放电就会停止。

自持放电则是指当外电场超过临界值E时，电子崩可由外电场作用自行维持和发展。

自持放电的条件是电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极产生的新电子大于等于初始电子密度n0（即除去外界游离因素
放电不会停止）。

对于气体温度不是恒定的情况，击穿电压与气体的相对密度有关。

为了使电子从阴极到阳极行程中发生足够多的碰撞游离，有着相对应的最佳气压和间隙。

具体来说，当d一定时：（1）δ↓→自由程↑→碰撞次数↓→击穿电压↑；（2）δ↑→自由程↓→碰撞游离的可能↓→击穿电压↑；当P一定时：（1）
d↓→碰撞次数↓→击穿电压↑；（2）d↑→电场↓→需增加外电压来维持自持放电场强→击穿电压↑。

以上内容仅供参考，如需更专业的解释，建议咨询物理学家或查阅物理专业书籍。

气体放电的机理以及电力行业的应用一、气体放电基本理论1、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，其发展以及在电力行业中的应用对于高科技经济的发展有着巨大的影响。

2、气体放电的基本理论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。

3、气体放电的主要类型通常，低气压、低温等离子体是在1~100Pa 的气体中进行直流、射频或微波放电产生的，而大气压下产生低温等离子体的主要方式有电晕放电、电弧放电和介质阻挡放电(DBD)。

比较而言，电晕放电比较微弱且产生的活性粒子效率较低而难以应用于工业生产。