气体放电分类及其应用前景.doc

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本科毕业论文（设计）

题目：

气体放电的分类探究及其应用前景

学院：

 物电学院       

班级：

 四班            

姓名：

   滑跃      

指导教师：

 王萍 职称：

 教授   

完成日期：

 2013   年 5  月   日

一、汤生放电理论 6

二、辉光放电 8

三、弧光放电 9

四、火花放电 11

五、电晕放电 12

气体放电分类探究及其应用前景

摘要：

由于在不同的物理条件下，由于占主导地位的基本物理过程不同，会产生并对应用前景进各种不同形式的气体放电现象。

为了对各种放电现象及其类型有个深入的了解，行探究。

关键词：

气体放电、类型分类 、汤生放电、辉光放电、火花放电、弧光放电、应用前景

引言：

气体放电等离子体作为物质的第四态，其物性及规律与固态、液态、气态的各不相同。

我们知道，气态放电等离子体是由电子、各种离子、原子组成的，远比气体、液体、固体复杂，其中发生着大量各不相同的基本过程。

气体放电时等离子体物理的一个重要组成部分，气体放电现象时通过气体以后由电离了的气体表现出来的。

研究气体放电的目的是要了解这种电离了的气体在各种条件下的宏观现象及其性质，同时研究其中所发生的的微观过程，并进一步把这两者联系起来，由表及里地掌握气体放电的机理。

可见气体放电现象的主要任务是研究各种气体放电现象的物理过程及其内在规律。

在自然界和人们的日常生活中几乎经常碰到气体放电现象，犹如大气的电离层 、太阳风、日冕和闪电等都是自然界的气体放电现象。

现在对气体放电的类型进行分类阐述并对其应用前景进行研究探讨。

气体放电的分类：

在不同的物理条件下，由于占主导地位的基本物理过程不同，会产生各种不同形式的气体放电现象。

按维持放电是否必须有外界电离源把放电分为非自持放电和自持放电；按放电参量是否随时间变化分为稳态放电和非稳态放电；可根据阴极的工作方式分为冷阴极放电和热阴极放电；可按工作气压的高低分为低气压放电、高气压放电和超高压放电；根据以哪一种基本过程占优势以及电子离子在放电过程中运动的特点为依据可以分为

真空放电：

不发生带电粒子与中性原子间的碰撞等过程，放电电流靠真空中电子的运动维持。

无声放电：

⑴电荷通过空气泄漏，⑵气体中的无声非自持放电，⑶电晕放电的迁移区

雪崩放电：

⑴非自持汤生放电⑵汤生放电的阴极区⑶汤生放电和辉光放电的过渡形式⑷辉光放电和电弧放电间过渡形式中的阴极区

脉冲流光放电：

各种火花放电和脉冲流光放电的起始阶段

为了对各种放电现象有一个初步的了解，先来整体上分析一下气体放电的伏安特性，如下图：

它是一个典型的放电伏安特性曲线：

电流

由图可见，当电极间的外电压慢慢增加时，用灵敏检流器可以检测到电极间有微弱的电流流过，最小可测的电流越为10-16A,这种电流是无规则的脉冲式的。

如果在电极间另外增加一些电子源（例如用光照阴极产生光电子发射），则特性曲线会向右移动。

随着极间电压的增加，空间电荷可以完全移上电极，所以电流趋向饱和，电流可增大到10-14A，这部分电流也可能是由间歇辐射引起的，此时放电电流也是间歇性的，气体放电的这部分特性以被用来侧两核辐射强度，盖革和缪勒技术管就是利用了这个原理。

随着放电放电电压的继续增加，由于次级电离，放电电流先是缓慢增加，后来却指数增加。

在这个范围内放电电流可增大（一亿倍），而电极间电压却几乎没有增加。

这种突变性的过渡称为气体的击穿。

在气体击穿时，放电电流的增加与外界电离源无关，放电可以靠自身来维持，换言之，这时的放电已经从原来的非自持放电过渡到了自持放电。

这部分范围属于汤生放电范围。

如果改变外回路电阻，继续增加放电电流，放电间隙上的电压反而会降低，并一直下降到某一稳定的电压值。

这里存在一个放电从汤生房地放电，经过电晕放电亚辉光放电向辉光放电区域过渡的过程，这以后放电电流又随电压指数式地增加了，这个区域称之为反常辉光放电区域。

下面我们主要从汤生放电理论，辉光放电理论，弧光放电理论，火花放电及其电晕放电五个部分对气体放电的类型进行详细的研究。

一、汤生放电理论

一、汤生放电

非自持放电是指存在外致电离源的条件下放电才能持续的现象。

自持放电是指去掉外致电离电源的条件下放电仍能持续的现象。

在外致电离源的作用下，当放电管两端的电压增加到某一足够值，管内电流突然增大。

此时若移去电离源，放电电流仍足够大，即此刻放电的形式与外致电离源的存在与否无关，这种状态称为自持放电。

放电从非自持放电转变到自持放电的过程称为主体的突变过程或着火过程，这种放电的现象与理论由科学家汤生首先建立和研究，故称为汤生放电。

二、汤生放电的特点

汤生放电区域的伏安特性曲线如图：

在To区域，作用在电极间的电压很低，气体中流过的电流也很小，如图所示从零开始上升，而后趋于饱和，这是剩余电离下的带电粒子在电场作用下作定向迁移的结果。

在T1区域，从阴极发射的电子在电场作用下获得足够的能量，他们与气体分子碰撞并产生电离，导致带电粒子的增加，放电电流随之增加。

在T2区域里，电子与分子气体碰撞产生的正离子，从较高电场中获得的能量以足以在与气体的碰撞时使之电离，从而使放电电流进一步增大。

二、辉光放电

一、辉光放电的定义：

辉光放电是气体放电的一种重要形式，因放电时管内出现特有的光辉而得名。

辉光放电可以分为亚辉光放电、正常辉光放电和反常辉光放电三种类型。

二、辉光放电的特点

辉光放电是汤生放电的进一步发展，它们之间的一个

主要差别在于辉光放电具有较大的放电电流密度，而且空间电荷效应起着显著的作用，因此在推论辉光放电时必须考虑空间电荷问题。

三、弧光放电

一、弧光的定义和特点：

弧光放电是一种自持放电，弧光放电是一种阴极位降低、电流密度大的放电。

弧光放电阴极位降机理与辉光放电的完全不同，弧光放电的电流密度很大，这意味着阴极要发射出大量的电子，而单靠正离子对阴极的轰击不可能提供这么多电子，因此必须考虑其他阴极电子发射的机理。

二、弧光放电的电位的轴向分布：

在阴极前面是阴极位降区，这个区域很短，压降约为10V量级，在这很小的区域里聚集着正的空间电荷，电流密度很大，且常在阴极上显现出一个或几个阴极斑点，这区域对于阴极发射电子与维持放电至关重要的。

在阳极前面是阳极位降区，也是一个很小的区域，里面有空间电荷的存在，当放电电流较大时，这里也会出现一个或几个阳极斑点。

但是这区域里，空间电荷是负的，而且不存在阳极的发射，通常，阳极位降及其电流密度小于阴极位降及其电流密度。

三、弧光放电和辉光放电的区别：

从放电的伏安特性曲线，可以看出辉光放电具有高电压、低电流密度的特征，而弧光放电的特性却是低电压，高电流密度。

为了完成这两个不同放电间的过渡，阴极的电子发射过程必须要有根本的变化，也就是弧光的阴极电子发射机理一定不同于正离子轰击阴极的机理。

四、火花放电

一、火花放电：

当高压电源的功率不太大时，高电压电极间的气体被击穿，出现闪光和爆裂声的气体放电现象。

在外貌上看来，火花放电是明亮曲折而有分支的细带束，它们会刹那间穿过放电间隙，但马上又很快熄灭，经常一个一个地更替着。

二、特点与其他放电的区别：

火花放电的过程与其他放电过程很容易被区别，火花是靠加在两个电极间的近万伏的高电压击穿而产生，这种放电只维持10-8～10-6s，此后放电可能转向弧光放电。

火花放电电路与别的放电电器结构不同，经常碰到的火花放电电路包括：

空气断续器式火花放电电路和拉依斯基火花放电电路。

这里我们队这两种电路不做具体的研究。

三、火花放电的实例及其应用前景：

自然界中存在着大规模的火花放电现象，正是因为火花放电的普遍性，火花放电给人们带来了很多的应用。

但是在手术台上，电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人。

在煤矿上会引起瓦斯爆炸，导致工人死伤，矿井报废。

在日常生活中，我们会发现飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷，飞机着陆时，为了防止乘客下机时遭到电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线，以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。

日光灯的启辉器也利用火花放电原理。

闭合日光灯电键时，电压启辉器的玻璃管中的氖气放电，放电生热使玻璃管中动片受热膨胀与静片接通。

在这一过程中发出闪光和咔嚓声。

待动片与静片断开时，高电压又使灯管中的水银蒸气放电，日光灯发光。

五、电晕放电

一、电晕放电：

当在电极两端加上较高但未达击穿电压时，如果电极表面附近的电场（局部电场）很强，则电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象。

当电极的曲率半径很小时，由于其附近的场强特别高很容易发生电晕放电。

在通常的情况下，都是研究在曲率半径很小电极处的电晕放电。

二、特点及其区别：

电晕放电在很多场合下可以观察到，例如在高压传输线和同轴圆筒所包围导线的表面都能看到。

也常常在夜间的架空线路上看到。

实际上是两条导线之间存在着高电压，电荷在高强电场作用下克服空间的电阻进行小电流放电引起空气发出光亮。

电晕放电电压降比辉光放电电压降大（千伏数量级），但放电电流更小（微安数量级）且往往发生在电极间电场不均匀的条件下。

若在电晕放电状况下如提高外加电压，而电源的功率又不够大，此时放电就转变成火花放电。

若电场分布均匀，放电电流又较大，则发生辉光放电现象。

若电源功率足够大，则电晕放电可转变为弧光放电。

三、电晕放电的应用前景：

电晕能引起电能的损耗，并对通讯和广播发生干扰。

因此可利用此特性制成避雷针，防止雷击。

电晕放电可用来除尘，静电除尘是利用极不均匀的电场，形成电晕放电。

静电复印机的充电过程是光导体鼓在暗处并处在某一极性的电场中，使其表面均匀地充上某种极性的电荷而具有一定的表面电位的过程。

这一实际上是鼓的敏化过程，使原来不具备感光性的鼓具有较好的感光性。

它通常采用电晕放电法，即在离一定距离的电极丝上加高电压，使其产生电晕放电，使光导体表面带上静电荷的过程，即充电的过程。

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参考文献：

气体放电物理徐学基诸定昌

Abstract:

typedominatedbythebasicphysicalprocessesunderdifferentphysicalconditions,willproduceavarietyofdifferentformsofgasdischargephenomenon.Inordertodischargephenomenonanditstypein-depthunderstanding,andapplicationprospectstoexplore.