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高电压技术 第二章—气体放电的物理过程 概述 常见的电场结构 问题的提出 气体中的电流：在电场作用下，气隙中带电粒子的形成和运动过程形成电流。 1、气隙中带电粒子是如何形成的？ 2、气隙中的导电通道是如何形成的？ 3、气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？ 名词解释3：电离（游离） 原子在外界因素作用下，其电子受到激励摆脱原子核的约束而成为自由电子，这一现象称为电离 原子被分解成两种带电粒子—电子和正离子 使电子电离出来所需的最小能量称为电离能。 第一节：气体中带电质点的产生和消失 1：撞击游离 在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子的动能满足气体电离能时，将引起碰掩电离： 碰撞电离的形成与电场强度和电子的平均自由行程的大小有关 2：光游离 当气体分子受到光辐射时，如光子能量满足气体分子电离能条件将引起光电离，分解成电子和正离子。 导致气体光电离的光子可以由自然界（如空中的紫外线、宇宙射线等）或人为照射（如紫外线、x 射线等）提供，也可以由气体放电过程本身产生。 3：热游离 一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 包括： 随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电离， 高温下高能热辐射光子引起的光电离。 4：表面游离 a、正离子碰撞阴极：正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离子必须碰撞出一个以上电子时才能出现自由电子。 b、光电效应：金属表面受到光的照射，当光子的能量大于逸出功时，金属表面放射出电子。 c、强场发射：当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。 d、热电子发射：当阴极被加热到很高温度时，其中的电子获得巨大动能，逸出金属。 5：带电质点的复合 1）正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而互相中和、还原为分子的过程称为复合过程。 2）在带电质点的复合过程会以光子的形式释放能量，产生光辐射。这种光辐射在一定条件下有可能成为导致电离的因素（如流柱理论中二次电子崩的起因）。 第二节：气体放电过程一般描述1: 电子崩 从阴极产生的第一个起始电子，从电场获得一定动能后，会碰撞电离出一个第二代电子，这两个电子作为新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，这时空间已存在四个自由电子，这样一代一代不断增加的过程，会使带电质点迅速增加，如同发生雪崩一样。 电子崩具显圆锥形，电子集中在崩头，尾部为正离子 第二节：气体放电过程一般描述2：气体放电主要形式 第二节：气体放电过程一般描述 3：非自持放电和自持放电 第二节：气体放电过程一般描述 4：放电的发展过程 第三节 均匀电场气隙的击穿1：汤逊机理 2.汤逊机理的结论 3. 巴申定律 4.汤逊机理的适用范围 超长间隙放电 5 .流注机理 电子碰撞电离：形成电子崩，是维持自持放电的主要因素 空间光电离：形成衍生电子崩，是维持自持放电的主要因素 空间电荷畸变电场的作用：为衍生崩创造了条件 流注：由大量正负离子混合形成的等离子体通道（导电性能良好） 击穿过程：电子崩——流注发展延伸——击穿 5.1电子崩空间电荷对电场的畸变 5.2正流注的产生 5.3负流注的产生 5.4流注机理的结论与巴申定律 5.5流注理论对pd很大时放电现象的解释 放电外形：流注电导很大，其中电场强度很小，对周围其他流注有“屏蔽”作用，因此最终只有一条通道；衍生崩随机性使其曲折分支。 放电时间：光子以光速传播，衍生崩跳跃式发展，因此放电发展时间很短（书上有数值） 阴极材料的影响：维持放电的是光电离而不是表面电离，因而与阴极材料无关。 第四节：不均匀电场中气体间隙的击穿 1. 不均匀电场击穿的特点 1：显著的极性效应：施加电压的极性对放电过程和击穿电压影响很大。 2：较长的放电时延：需要足够的发展时间（电压要持续一定时间才可击穿） 3：短间隙、长间隙、超长间隙各不相同 4：可能出现各种放电形式：电晕、刷状放电 5：只能用流注机理来解释 2.短间隙的击穿过程 2.短间隙的击穿过程 2.短间隙的击穿过程 3 长间隙中的先导放电 在长间隙放电中，流注汇集，形成通道状且不断发展，称为先导放电 先导通道中由于电流较大，温度很高，出现热电离，因而电导更大，可以将电极的电位传到先导通道的端部。 先导发展的速度和回路中电阻有很大关系，发展越来越快 4.长间隙的击穿过程 5.长间隙击穿的特点 6.极不均匀电场中的主放电 当先导头部流注即将到达板极时，立刻有一个放电过程从板极向棒极发展，称为主放电。 主放电发展速度比先导快得多。 主放电通道温度更高，明亮得多，电导更大，回路具有短路性质。 6.极不均匀电场中的电晕放电 电晕放电现象：尖极周围有发光层，可听到咝咝声，闻到臭氧气味。 空间电荷的作用：外层的空间电荷与尖极极性相同，使