高電壓技術(shù)：均勻電場(chǎng)氣體擊穿過(guò)程

2-2均勻電場(chǎng)氣體擊穿過(guò)程

1.熟悉均勻電場(chǎng)中氣體的擊穿機(jī)理2.掌握湯遜理論和流注理論的理論要點(diǎn)3.掌握巴申定律均勻電場(chǎng)氣體放電理論20世紀(jì)初英國(guó)物理學(xué)家湯遜在均勻電場(chǎng)、低氣壓、短間隙的條件下進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了解釋氣體放電過(guò)程的理論，稱為湯遜理論。AV光照射湯遜實(shí)驗(yàn)電路均勻電場(chǎng)中氣體的伏安特性ABC實(shí)驗(yàn)分析OA段：電流隨電壓升高而升高AB段：電流僅取決于外電離因素與電壓無(wú)關(guān)BC段：電壓升高碰撞電離增強(qiáng)但仍靠外電離維持(非自持)C點(diǎn)后：只靠外加電壓就能維持(自持)均勻電場(chǎng)中，氣體間隙的擊穿主要由電子的碰撞游離和正離子撞擊陰極表面造成的表面游離所引起。電子碰撞游離是氣體放電的主要原因，二次電子來(lái)源于正離子撞擊陰極表面使陰極表面逸出電子，逸出電子是維持氣體放電的必要條件。湯遜理論電子崩與自持放電光游離→初始電子→電子個(gè)數(shù)2－4－8…2n→電子崩→產(chǎn)生的正離子撞擊陰極發(fā)生表面游離→新的電子→(如果去掉外電離因素)仍有后繼電子→放電自持Ub=f(pd)巴申定律在湯遜理論提出之前，巴申就從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)了擊穿電壓Ub是氣壓p和間隙距離d乘積的函數(shù)：--ˉ--ˉ-ˉ--ˉ-巴申曲線解釋-ˉ-ˉ湯遜理論的適用范圍湯遜理論是在低氣壓pd較小條件下建立起來(lái)的，pd過(guò)大，湯遜理論就不再適用pd過(guò)大時(shí)（氣壓高、距離大）湯遜理論無(wú)法解釋：放電時(shí)間：很短放電外形：具有分支的細(xì)通道擊穿電壓：與理論計(jì)算不一致陰極材料：無(wú)關(guān)湯遜理論適用于pd<26.66kPa·cm流注理論湯遜理論是用電子碰撞游離和陰極表面游離來(lái)說(shuō)明pd較小時(shí)的放電現(xiàn)象的。pd較大時(shí)，放電過(guò)程及現(xiàn)象出現(xiàn)了新的變化，因而在大量實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出了流注放電理論。流注理論認(rèn)為電子的碰撞游離和空間光游離是形成自持放電的主要因素，空間電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用是產(chǎn)生光游離的重要原因?？臻g電荷對(duì)電場(chǎng)的畸變作用由于電子崩中空間電荷的出現(xiàn)，原本均勻的電場(chǎng)被畸變得不均勻了。崩頭前方附近的場(chǎng)強(qiáng)得到了加強(qiáng)，而崩頭內(nèi)部正、負(fù)電荷交界處的場(chǎng)強(qiáng)則被削弱了。崩尾部分的場(chǎng)強(qiáng)雖然也加強(qiáng)的，但加強(qiáng)的程度要比崩頭前方附近的小得多。外施電壓大于氣隙擊穿電壓時(shí)，首先形成主電子崩。當(dāng)主崩接近陽(yáng)極時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)急劇增大，去游離過(guò)程增強(qiáng)，放射出大量光子。外圍氣體分子吸收光子能量后，發(fā)生光游離，產(chǎn)生二次電子崩。由于主崩頭部的電子已進(jìn)入陽(yáng)極，場(chǎng)強(qiáng)減弱，二次電子崩頭部的電子進(jìn)入時(shí)，形成負(fù)離子。正、負(fù)離子混合的通道稱為流注，隨著崩尾場(chǎng)強(qiáng)的增大，不斷有新的電子崩匯合進(jìn)來(lái)，流注向陰極不斷發(fā)展，直至貫穿兩極。流注的形成和發(fā)展流注理論對(duì)放電現(xiàn)象的解釋放電時(shí)間二次崩的起始電子是光子形成的，而光子以光速傳播，所以流注發(fā)展非常快。放電外形二次崩的發(fā)展具有不同的方位，所以流注的推進(jìn)不可能均勻