第一章氣體放電理論(一)

1、1何俊佳何俊佳2第一章第一章 氣體放電理論（一）氣體放電理論（一）n氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失n氣體放電的一般描述氣體放電的一般描述n 均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程 n不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程不均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程3氣體放電氣體放電在電場作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運(yùn)動(dòng)過程在電場作用下，氣隙中帶電粒子的形成和運(yùn)動(dòng)過程n氣隙中帶電粒子是如何形成的？氣隙中帶電粒子是如何形成的？n氣隙中的導(dǎo)電通道是如何形成的？氣隙中的導(dǎo)電通道是如何形成的？n氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？氣隙中導(dǎo)電通道形成后是如何維持持續(xù)放電的？ 4名

2、詞解釋名詞解釋u電子平均自由行程電子平均自由行程 u激勵(lì)激勵(lì)u電離電離u復(fù)合復(fù)合u電子崩電子崩5原子激勵(lì)和電離原子激勵(lì)和電離 原子能級(jí)原子能級(jí) 以電子伏為單位以電子伏為單位 1eV1V1. 610-19C1.610-19J原子激勵(lì)原子激勵(lì) 原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，原子在外界因素作用下，其電子躍遷到能量較高的狀態(tài)，所需能量稱為激勵(lì)能所需能量稱為激勵(lì)能We 激勵(lì)狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，輻射出相應(yīng)能量的光子，光激勵(lì)狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時(shí)，輻射出相應(yīng)能量的光子，光子（光輻射）的頻率子（光輻射）的頻率 hWe6 原子電離原子電離： 原子在外界因素作用下，使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子原

3、子在外界因素作用下，使其一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成自由電子和正離子的過程稱為原子的電離核的束縛而形成自由電子和正離子的過程稱為原子的電離 電離過程所需要的能量稱為電離能電離過程所需要的能量稱為電離能Wi（ev），也可用電），也可用電離電位離電位Ui（v） 幾種氣體和金屬蒸汽的激勵(lì)電位和電離電位幾種氣體和金屬蒸汽的激勵(lì)電位和電離電位 7質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程 ：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在與氣體分子相鄰兩次碰撞之間自由地通過的平均行程過的平均行程電子在其自由行程內(nèi)從外電場獲得動(dòng)能電子在其自由行程內(nèi)從外電場獲得動(dòng)能 ，能量除決定，能量除決定于電場

4、強(qiáng)度外，還和其自由行程有關(guān)于電場強(qiáng)度外，還和其自由行程有關(guān) 8n氣體中電子和離子的自由行程是它們和氣體分氣體中電子和離子的自由行程是它們和氣體分子發(fā)生碰撞時(shí)的行程子發(fā)生碰撞時(shí)的行程n電子的平均自由行程要比分子和離子的大得多電子的平均自由行程要比分子和離子的大得多n氣體分子密度越大，其中質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程氣體分子密度越大，其中質(zhì)點(diǎn)的平均自由行程越小。對(duì)于同一種氣體，其分子密度和該氣體越小。對(duì)于同一種氣體，其分子密度和該氣體的密度成正比的密度成正比pT9n自由行程的分布：自由行程的分布： 具有統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律。質(zhì)點(diǎn)的具有統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律。質(zhì)點(diǎn)的自由行程大于自由行程大于x的概率為的概率為 如果起始有如果起始

5、有n0個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相繼個(gè)質(zhì)點(diǎn)（或一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的相繼n0次次碰撞），則其中行過距離碰撞），則其中行過距離x后，尚未被碰撞的后，尚未被碰撞的質(zhì)點(diǎn)數(shù)（或次數(shù)）質(zhì)點(diǎn)數(shù)（或次數(shù)）n(x)應(yīng)為應(yīng)為 xexf)(xenxn0)(10一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 n氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 （一）氣體分子的電離可由下列因素引起：（一）氣體分子的電離可由下列因素引起： （1）電子或正離子與氣體分子的碰撞電離）電子或正離子與氣體分子的碰撞電離 （2）各種光輻射（光電離）各種光輻射（光電離） （3）高溫下氣體中的熱能（熱電離）高溫下氣體中的熱能（熱電離） （4）負(fù)

6、離子的形成）負(fù)離子的形成 （二）（二） 金屬（陰極）的表面電離金屬（陰極）的表面電離11碰撞電離碰撞電離 n氣體放電中，碰撞電離主要是電子和氣體分子碰撞而引氣體放電中，碰撞電離主要是電子和氣體分子碰撞而引起的起的 n在電場作用下，電子被加速而獲得動(dòng)能。當(dāng)電子的動(dòng)能在電場作用下，電子被加速而獲得動(dòng)能。當(dāng)電子的動(dòng)能滿足如下條件時(shí)，將引起碰掩電離滿足如下條件時(shí)，將引起碰掩電離 me電子的質(zhì)量；電子的質(zhì)量； ve 電子的速度；電子的速度； Wi氣體分子的電離能。氣體分子的電離能。n碰撞電離的形成與電場強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān)碰撞電離的形成與電場強(qiáng)度和平均自由行程的大小有關(guān)ieeWvm22112光電

7、離光電離 n光輻射引起的氣體分子的電離過程稱為光電離光輻射引起的氣體分子的電離過程稱為光電離 自然界、人為照射、自然界、人為照射、氣體放電過程氣體放電過程n當(dāng)氣體分子受到光輻射作用時(shí)，如光子能量滿足下面條當(dāng)氣體分子受到光輻射作用時(shí)，如光子能量滿足下面條件，將引起光電離，分解成電子和正離子件，將引起光電離，分解成電子和正離子n光輻射能夠引起光電離的臨界波長（即最大波長）為光輻射能夠引起光電離的臨界波長（即最大波長）為n對(duì)所有氣體來說，在可見光（對(duì)所有氣體來說，在可見光（400 750nm）的作用下，）的作用下，一般是不能直接發(fā)生光電離的一般是不能直接發(fā)生光電離的 iWhnm 12340iiUeU

8、hc13熱電離熱電離 n因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程稱為熱電離因氣體熱狀態(tài)引起的電離過程稱為熱電離 氣體分子的平均動(dòng)能和氣體溫度的關(guān)系為氣體分子的平均動(dòng)能和氣體溫度的關(guān)系為 在它們相互碰撞時(shí)，就可能引起激勵(lì)或電離在它們相互碰撞時(shí)，就可能引起激勵(lì)或電離 n在高溫下，例如發(fā)生電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千在高溫下，例如發(fā)生電弧放電時(shí)，氣體溫度可達(dá)數(shù)千度，氣體分子動(dòng)能就足以導(dǎo)致發(fā)生明顯的碰撞電離度，氣體分子動(dòng)能就足以導(dǎo)致發(fā)生明顯的碰撞電離 n高溫下高能熱輻射光于也能造成氣體的電離高溫下高能熱輻射光于也能造成氣體的電離 KTWm2314負(fù)離子的形成負(fù)離子的形成 n有時(shí)電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子

9、，反有時(shí)電子和氣體分子碰撞非但沒有電離出新電子，反而是碰撞電子附著分子，形成了負(fù)離子而是碰撞電子附著分子，形成了負(fù)離子 n有些氣體形成負(fù)離子時(shí)可釋放出能量。這類氣體容易有些氣體形成負(fù)離子時(shí)可釋放出能量。這類氣體容易形成負(fù)離子，稱為電負(fù)性氣體（如氧、氟、氯等）形成負(fù)離子，稱為電負(fù)性氣體（如氧、氟、氯等）n負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用負(fù)離子的形成起著阻礙放電的作用 15金屬（陰極）的表面電離金屬（陰極）的表面電離 n陰極發(fā)射電子的過程陰極發(fā)射電子的過程 逸出功逸出功 ：金屬的微觀結(jié)構(gòu)：金屬的微觀結(jié)構(gòu) 、金屬表面狀態(tài)、金屬表面狀態(tài) n金屬表面電離有多種方式，即可以有多種方法供給電金屬表面電離有多種

10、方式，即可以有多種方法供給電子以逸出金屬所需的能量子以逸出金屬所需的能量 （1）正離子碰撞陰極）正離子碰撞陰極 正離子碰撞陰極時(shí)使電子逸出金屬（傳遞的能量要大正離子碰撞陰極時(shí)使電子逸出金屬（傳遞的能量要大于逸出功）。逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原于逸出功）。逸出的電子有一個(gè)和正離子結(jié)合成為原子，其余的成為自由電子。因此正離子必須碰撞出一子，其余的成為自由電子。因此正離子必須碰撞出一個(gè)以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子個(gè)以上電子時(shí)才能出現(xiàn)自由電子16 （2）光電效應(yīng)）光電效應(yīng) 金屬表面受到光的照射，當(dāng)光子的能量大于選出功時(shí)金屬表面受到光的照射，當(dāng)光子的能量大于選出功時(shí)，金屬表面放射出電子，金屬表面放

11、射出電子 （3）強(qiáng)場放射（冷放射）強(qiáng)場放射（冷放射） 當(dāng)陰極附近所加外電場足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極放射出電當(dāng)陰極附近所加外電場足夠強(qiáng)時(shí)，使陰極放射出電 （4）熱電子放射）熱電子放射 當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動(dòng)當(dāng)陰極被加熱到很高溫度時(shí)，其中的電子獲得巨大動(dòng)能，逸出金屬能，逸出金屬17一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失一、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失n氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的消失 （一）電場作用下氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)（一）電場作用下氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) （二）帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散（二）帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散 （三）帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合（三）帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合 18電場作用下氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)電場作用下

12、氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)n帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生以后，在外電場作用下將作定向運(yùn)動(dòng)，形帶電質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生以后，在外電場作用下將作定向運(yùn)動(dòng)，形成電流成電流 n在氣體放電空間在氣體放電空間 ，帶電質(zhì)點(diǎn)在一定的電場強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)達(dá)，帶電質(zhì)點(diǎn)在一定的電場強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)達(dá)到某種穩(wěn)定狀態(tài)到某種穩(wěn)定狀態(tài) ，保持平均速度，即上述的帶電質(zhì)點(diǎn)的，保持平均速度，即上述的帶電質(zhì)點(diǎn)的驅(qū)引速度驅(qū)引速度 b 遷移率遷移率 u電子遷移率比離子遷移率大得多，即使在很弱的電場中電子遷移率比離子遷移率大得多，即使在很弱的電場中，電子遷移率也隨場強(qiáng)而變，電子遷移率也隨場強(qiáng)而變 bEvddenvj 19帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散 n帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和氣體分子的擴(kuò)散

13、一樣，都是由于熱帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和氣體分子的擴(kuò)散一樣，都是由于熱運(yùn)動(dòng)造成，帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散規(guī)律和氣體的擴(kuò)散規(guī)律也運(yùn)動(dòng)造成，帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散規(guī)律和氣體的擴(kuò)散規(guī)律也是相似的是相似的 n氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越氣體中帶電質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散和氣體狀態(tài)有關(guān)，氣體壓力越高或者溫度越低，擴(kuò)散過程也就越弱高或者溫度越低，擴(kuò)散過程也就越弱n電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，所以電子的熱運(yùn)動(dòng)速度很高電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子，所以電子的熱運(yùn)動(dòng)速度很高，它在熱運(yùn)動(dòng)中受到的碰撞也較少，因此，電子的擴(kuò)，它在熱運(yùn)動(dòng)中受到的碰撞也較少，因此，電子的擴(kuò)散過程比離子的要強(qiáng)得多散過程比離子的要強(qiáng)得多 20帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合 n正

14、離子和負(fù)離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相正離子和負(fù)離子或電子相遇，發(fā)生電荷的傳遞而互相中和、還原為分子的過程中和、還原為分子的過程n在帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合過程中會(huì)發(fā)生光輻射，這種光輻射在帶電質(zhì)點(diǎn)的復(fù)合過程中會(huì)發(fā)生光輻射，這種光輻射在一定條件下又可能成為導(dǎo)致電離的因素在一定條件下又可能成為導(dǎo)致電離的因素 n正、負(fù)離子間的復(fù)合概率要比離子和電子間的復(fù)合概正、負(fù)離子間的復(fù)合概率要比離子和電子間的復(fù)合概率大得多。通常放電過程中離子間的復(fù)合更為重要率大得多。通常放電過程中離子間的復(fù)合更為重要 n一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點(diǎn)由于復(fù)合而減少的速度決定于其一定空間內(nèi)帶電質(zhì)點(diǎn)由于復(fù)合而減少的速度決定于其濃度濃度 21二、氣

15、體放電的一般描述二、氣體放電的一般描述 （一）氣體放電的主要形式（一）氣體放電的主要形式 根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同根據(jù)氣體壓力、電源功率、電極形狀等因素的不同，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電，擊穿后氣體放電可具有多種不同形式。利用放電管可以觀察放電現(xiàn)象的變化管可以觀察放電現(xiàn)象的變化 n輝光放電輝光放電n電弧放電電弧放電n火花放電火花放電n電暈放電電暈放電n刷狀放電刷狀放電22輝光放電輝光放電 n當(dāng)氣體壓力不大，電源功率很?。ǚ烹娀芈分写?dāng)氣體壓力不大，電源功率很?。ǚ烹娀芈分写牒艽笞杩梗r(shí)，外施電壓增到一定值后，回路入很大阻抗）時(shí)，外施電壓增到一定值后，回路中

16、電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽極間整個(gè)中電流突增至明顯數(shù)值，管內(nèi)陰極和陽極間整個(gè)空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象空間忽然出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象 n特點(diǎn)是放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了特點(diǎn)是放電電流密度較小，放電區(qū)域通常占據(jù)了整個(gè)電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放整個(gè)電極間的空間。霓虹管中的放電就是輝光放電的例子。管中所充氣體本同，發(fā)光顏色也不同電的例子。管中所充氣體本同，發(fā)光顏色也不同 23電弧放電電弧放電 n減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大減小外回路中的阻抗，則電流增大，電流增大到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來越明亮，到一定值后，放電通道收細(xì)，且越來越明亮，管端電壓則更加降低，說明通道的電導(dǎo)越

17、來越管端電壓則更加降低，說明通道的電導(dǎo)越來越大大n電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大電弧通道和電極的溫度都很高，電流密度極大，電路具有短路的特征，電路具有短路的特征 24火花放電火花放電n在較高氣壓（例如大氣壓力）下，擊穿后總是形在較高氣壓（例如大氣壓力）下，擊穿后總是形成收細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的成收細(xì)的發(fā)光放電通道，而不再擴(kuò)散于間隙中的整個(gè)空間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電整個(gè)空間。當(dāng)外回路中阻抗很大，限制了放電電流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的流時(shí)，電極間出現(xiàn)貫通兩極的的明亮細(xì)火花的明亮細(xì)火花 n火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形式，并且放火花放電的特征是具有收細(xì)的通道形

18、式，并且放電過程不穩(wěn)定電過程不穩(wěn)定 n火花間斷的原因火花間斷的原因 25電暈放電電暈放電 n電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電場極電極曲率半徑很小或電極間距離很遠(yuǎn)，即電場極不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，首先緊貼電不均勻，則當(dāng)電壓升高到一定值后，首先緊貼電極在電場最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般極在電場最強(qiáng)處出現(xiàn)發(fā)光層，回路中出現(xiàn)用一般儀表即可察覺的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴(kuò)儀表即可察覺的電流。隨著電壓升高，發(fā)光層擴(kuò)大，放電電流也逐漸增大大，放電電流也逐漸增大n發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未喪失絕發(fā)生電暈放電時(shí)，氣體間隙的大部分尚未喪失絕緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作

19、緣性能，放電電流很小，間隙仍能耐受電壓的作用用 26刷狀放電刷狀放電 n電場極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電場極不均勻情況下，如電壓繼續(xù)升高，從電暈電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通道，稱為刷狀電極伸展出許多較明亮的細(xì)放電通道，稱為刷狀放電放電 n電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電電壓再升高，根據(jù)電源功率而轉(zhuǎn)入火花放電或電弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿弧放電，最后整個(gè)間隙被擊穿n如電場稍不均勻，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由如電場稍不均勻，則可能不出現(xiàn)刷狀放電，而由電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿電暈放電直接轉(zhuǎn)入擊穿 27（二）非自持放電和自持放電（二）非自持放電和自持放電 28非自持放電非自持放電n

20、外施電壓小于外施電壓小于U0時(shí)，間隙內(nèi)時(shí)，間隙內(nèi)雖有電流，但其數(shù)值甚小，雖有電流，但其數(shù)值甚小，通常遠(yuǎn)小于微安級(jí)，因此氣通常遠(yuǎn)小于微安級(jí)，因此氣體本身的絕緣性能尚未被波體本身的絕緣性能尚未被波破壞，即間隙還未被擊穿。而且這時(shí)電流要破壞，即間隙還未被擊穿。而且這時(shí)電流要依靠外電離因素來維持。如果取消外電離因依靠外電離因素來維持。如果取消外電離因家，那么電流也將消失家，那么電流也將消失 29自持放電自持放電n當(dāng)電壓達(dá)到當(dāng)電壓達(dá)到U0后，氣體后，氣體中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，中發(fā)生了強(qiáng)烈的電離，電流劇增。同時(shí)氣體中電流劇增。同時(shí)氣體中電離過程只靠電場的作電離過程只靠電場的作用已可自行維持，而不用已可自行維

21、持，而不再繼續(xù)需要外電離因素再繼續(xù)需要外電離因素了。因此了。因此U0以后的放電以后的放電形式也稱為自持放電形式也稱為自持放電 30n由非持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電壓稱為起始電壓由非持放電轉(zhuǎn)入自持放電的電壓稱為起始電壓n如電場比較均勻，則間隙將被擊穿，此后根據(jù)如電場比較均勻，則間隙將被擊穿，此后根據(jù)氣壓、外回路阻抗等條件形成輝光放電、火花氣壓、外回路阻抗等條件形成輝光放電、火花放電或電弧放電，而起始電壓放電或電弧放電，而起始電壓U0也就是間隙的也就是間隙的擊穿電壓擊穿電壓Ubn如電場極不均勻，則當(dāng)放電由非自持轉(zhuǎn)入自持如電場極不均勻，則當(dāng)放電由非自持轉(zhuǎn)入自持時(shí)，在大曲率電極表面電場集中的區(qū)域發(fā)生電時(shí)，

22、在大曲率電極表面電場集中的區(qū)域發(fā)生電暈放電，這時(shí)起始電壓是間隙的電暈起始電壓暈放電，這時(shí)起始電壓是間隙的電暈起始電壓，而擊穿電壓可能比起始電壓高很多，而擊穿電壓可能比起始電壓高很多31 三、均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程三、均勻電場中氣體擊穿的發(fā)展過程 n湯遜放電理論湯遜放電理論n流注放電理論流注放電理論 這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說明廣闊的這兩種理論互相補(bǔ)充，可以說明廣闊的pd（壓（壓力和極間距離的乘積）范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象力和極間距離的乘積）范圍內(nèi)氣體放電的現(xiàn)象 32（一）湯遜氣體放電理論（一）湯遜氣體放電理論n湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)湯遜理論認(rèn)為，當(dāng)pd較小時(shí)，電子的碰撞電較小時(shí)，電子的碰撞電離和正

23、離子撞擊陰極造成的表面電離起這主離和正離子撞擊陰極造成的表面電離起這主要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是要作用，氣隙的擊穿電壓大體上是pd的函數(shù)的函數(shù)331 1、電子崩的形成、電子崩的形成 （ 過程過程 ） 一個(gè)起始電子自電場一個(gè)起始電子自電場獲得一定動(dòng)能后，會(huì)碰獲得一定動(dòng)能后，會(huì)碰撞電離出一個(gè)第二代電撞電離出一個(gè)第二代電子；這兩個(gè)電子作為新子；這兩個(gè)電子作為新的第一代電子，又將電的第一代電子，又將電離出新的第二代電子，離出新的第二代電子，這時(shí)空間已存在四個(gè)自這時(shí)空間已存在四個(gè)自由電子；這樣一代一代由電子；這樣一代一代不斷增加的過程，會(huì)使不斷增加的過程，會(huì)使電子數(shù)目迅速增加，如電子數(shù)目迅速增加，如

24、同冰山上發(fā)生雪崩一樣同冰山上發(fā)生雪崩一樣 34n 電離系數(shù)電離系數(shù) 一個(gè)電子沿著電場方向行經(jīng)一個(gè)電子沿著電場方向行經(jīng)1cm長度，平均發(fā)長度，平均發(fā)生的碰撞電離次數(shù)生的碰撞電離次數(shù) 如設(shè)每次碰撞電離只產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正離如設(shè)每次碰撞電離只產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正離子，子， 即即是一個(gè)電子在單位長度行程內(nèi)新電離是一個(gè)電子在單位長度行程內(nèi)新電離出的電子數(shù)或正離子數(shù)出的電子數(shù)或正離子數(shù) 35設(shè)：在外電離因素光輻射的作用下設(shè)：在外電離因素光輻射的作用下，單位時(shí)間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生，單位時(shí)間內(nèi)陰極單位面積產(chǎn)生n0 個(gè)電子個(gè)電子 在距離陰極為在距離陰極為x的橫截面上，單的橫截面上，單位時(shí)間內(nèi)單位面積有位時(shí)間內(nèi)

25、單位面積有n個(gè)電子飛過個(gè)電子飛過 這這n個(gè)電子行過個(gè)電子行過dx之后，又會(huì)產(chǎn)生之后，又會(huì)產(chǎn)生dn個(gè)新的電子個(gè)新的電子 dxndn將此式積分，可得電子的增長規(guī)律為將此式積分，可得電子的增長規(guī)律為 xdxnn00exp36對(duì)于均勻電場，對(duì)于均勻電場， 不隨空間位置而變不隨空間位置而變 相應(yīng)的電子電流增長規(guī)律為相應(yīng)的電子電流增長規(guī)律為 令令xd，得進(jìn)入陽極的電子電流，此即外回路中的電流，得進(jìn)入陽極的電子電流，此即外回路中的電流 xenn0 xeII0deII0372 2、 過程過程n 電離系數(shù)電離系數(shù) 正離子在間隙中造成的空間電離過程不可能具有正離子在間隙中造成的空間電離過程不可能具有顯著的作用顯著

26、的作用 正離子向陰極移動(dòng)，依靠它所具有的動(dòng)能及位能，正離子向陰極移動(dòng)，依靠它所具有的動(dòng)能及位能，在撞擊陰極時(shí)能引起表面電離，使陰極釋放出自在撞擊陰極時(shí)能引起表面電離，使陰極釋放出自由電子來由電子來 表示折算到每個(gè)碰撞陰極表面的正離子，陰極金表示折算到每個(gè)碰撞陰極表面的正離子，陰極金屬平均釋放出的自由電子數(shù)屬平均釋放出的自由電子數(shù)38從陰極飛出從陰極飛出n0個(gè)電子，到達(dá)陽極后，電子數(shù)將增加為個(gè)電子，到達(dá)陽極后，電子數(shù)將增加為 正離子數(shù)正離子數(shù)正離子到達(dá)陰極，從陰極電離出的電子數(shù)正離子到達(dá)陰極，從陰極電離出的電子數(shù)denn0) 1(0denn) 1(0denn393 3、自持放電條件、自持放電條件

27、 設(shè)設(shè) n01 放電有非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為放電有非自持轉(zhuǎn)入自持的條件為 在均勻電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有在均勻電場中，這也就是間隙擊穿的條件，上式具有清楚的物理意義清楚的物理意義 11 de40 當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部當(dāng)自持放電條件得到滿足時(shí)，就會(huì)形成圖解中閉環(huán)部分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去分所示的循環(huán)不息的狀態(tài)，放電就能自己維持下去 414 4、擊穿電壓、巴申定律、擊穿電壓、巴申定律 n根據(jù)自持放電條件推導(dǎo)擊穿電壓根據(jù)自持放電條件推導(dǎo)擊穿電壓 ，先推導(dǎo)，先推導(dǎo) 的計(jì)算式的計(jì)算式設(shè)電子在均勻電場中行經(jīng)距離設(shè)電子在均勻電場中行經(jīng)距離x而未發(fā)生碰撞，則此時(shí)電子而未發(fā)生碰撞，則此時(shí)電子從電場獲得的能量為從電場獲得的能量為eEx，電子如要能夠引起碰撞電離，電子如要能夠引起碰撞電離，必須滿足條件必須滿足條件 只有那些自由行程超過只有那些自由行程超過xiUiE的電子，才能與分子發(fā)生的電子，才能與分子發(fā)生碰撞電離碰撞電離 若電子的平均自由行程為若電子的平均自由行程為 ，自由行程大于自由行程大于xi的概率為的概