气体放电的物理过程均匀电场中气体击穿公开课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,气体放电物理过程和气体放电理论,第1页,气体放电过程：,在电场作用下，气隙中带电粒子形成和运动过程。,问题提出：,1、气隙中带电粒子是怎样形成？,2、气隙中导电通道是怎样形成？,3、气隙中导电通道形成后是怎样维持持续放电？,第2页,一、名词解释：,1、电子平均自由行程,2、鼓励,3、电离（碰撞电离、光电离、热电离、阴极表面电离）,4、复合,5、电子崩,二、自持与非自持放电,三、自持放电条件,第3页,一、名词解释：,电子平均自由行程,一种电子在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通过平均行程。与气体分子大小和密度有关。,第4页,2、鼓励,原子在外界原因作用下，其电子从处在距原子核较近低能态轨道跃迁到离核较远较高能态轨道，这个过程称为鼓励。,该原子称为鼓励状态原子。高于正常状态能级均称为鼓励能级。,鼓励状态存在时间很短(大体为10-8s)，电子将自动返回常态轨道上，这时产生鼓励时所吸取外加能量将以辐射能(光子)形式放出。,假如原子获得外加能量足够大，其电子将挣脱原子核约束而成为自由电子。,第5页,3、电离,原子在外界原因作用下，其电子受到鼓励挣脱原子核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最小能量称为电离能。,第6页,电离形式：,1）、碰撞电离,在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电子动能满足如下条件时，将引起碰掩电离：,me电子质量，,ve电子速度；,Wi气体分子电离能。,碰撞电离形成与电场强度和平均自由行程大小有关,第7页,2）光电离,当气体分子受到光辐射时，如光子能量满足下面条件，将引起光电离，分解成电子和正离子：,h 普朗克常数 h6.62 x 10-27尔格秒。,频率（光是频率不一样样电磁辐射，也具有,粒子性，称为光子）,导致气体光电离光子可以由自然界（如空中紫外线、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自身产生。,第8页,3）热电离,一切因气体热状态引起电离过程称为热电离。,包括：,伴随温度升高气体分子动能增长引起碰撞电离，,高温下高能热辐射光子引起光电离。,第9页,4）金属(阴极)表面电离：,a、正离子碰撞阴极,正离子碰撞阴极时使电子逸出金属（传递能量要不小于逸出功）。逸出电子有一种和正离子结合成为原子，其他成为自由电子。因此正离子必须碰撞出一种以上电子时才能出现自由电子。,b、光电效应,金属表面受到光照射，当光子能量不小于选出功时，金属表面放射出电子。,c、强场放射（冷放射）,当阴极附近所加外电场足够强时，使阴极放射出电子。,d、热电子放射,当阴极被加热到很高温度时，其中电子获得巨大动能，逸出金属。,第10页,4、复合,正离子和负离子或电子相遇，发生电荷传递而互相中和、还原为分子过程称为复合过程。,在带电质点复合过程会以光子形式释放能量，产生光辐射。这种光辐射在一定条件下有也许成为导致电离原因（如流柱理论中二次电子崩起因）。,第11页,5,、电子崩,由于光电效应从阴极产生第一种起始电子，从电场获得一定动能后，会碰撞电离出一种第二代电子，这两个电子作为新第一代电子，又将电离出新第二代电子，这时空间已存在四个自由电子，这样一代一代不停增长过程，会使带电质点迅速增长，如同冰山上发生雪崩同样。,第12页,二、自持与非自持放电：,1、外施电压不不小于U0 时，间隙内电流数值很小，间隙尚未被击穿，,这时电流要依托外电离原因来维持，假如取消外电离原因，电,流将消失。此类放电称为非自持放电。,2、当电压抵达U0 后，气体中发生了强烈电离，电流剧增，其中,电离只靠电场作用自行维持，不再需要外电离原因。这种,放电形式称为自持放电。,3、U0 称起始电压。在均匀电场中为击穿电压，在极不均匀电场中,为电晕起始电压,第13页,三、自持放电条件：,电子电离系数 ：一种电子沿着屯场方向行经 1 厘米长度，平均发,生碰撞电离次数（由电离产生自由电子数）。,表面电离系数 ：每个正离子碰幢阴极表面平均释放出自由电子数。,设：一种电子从阴极行走 x 距离产,生自由电子数为 n,n 个电子前进 dx 产生新电子数为：,因此：一种电子从阴极到阳极产生,电子数为：,一种电子从阴极到阳极产生正离子数为：,自持放电条件：,第14页,均匀电场中气体击穿发展过程,气体击穿两个基本理论：,一、汤逊理论（巴申定律）,二、流注理论,第15页,一、巴申定律（汤逊理论）：,汤逊理论中气隙击穿过程是：,电子崩气隙击穿,仅合用于短间隙低气压辉光放电,第16页,第17页,第18页,流注：由正负离子构成具有良好导电性冷等离子体,放电重要原因：,电子碰撞电离及空间光电离（光子、短波光射线引起空间电离），强调了空间电荷畸变电场作用，流注是由二次电子崩汇入主崩形成。,放电过程：主电子崩二次电子崩流注气隙击穿,二、流注理论：,第19页,E,ex,:,外加电场,E:,正空间电荷与负极板产生电场,E,：正空间电荷与负空间电荷产生电场,E,：负空间电荷与正极板产生电场,E,：空间电荷产生电场与外加电场叠加,后实际电场,正粒子迁移率远远不不小于电子迁移率,第20页,1,、正流注产生,当外施电压为气隙最低击穿电压时,第21页,第22页,2,、负流注产生,当外施电压比气隙,最低击穿电压高出许多时，,间隙中强电场足可以引,起光电离，从而产生二次,电子崩，形成流注。,第23页,The End,Thank You,第24页,