氣體放電分類及其應(yīng)用前景

1、本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 題目：氣體放電的分類探究及其應(yīng)用前景學(xué)院：物電學(xué)院班級(jí)： 四班姓名：滑躍指導(dǎo)教師：王萍職稱：教授完成日期：2013年5月日TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc20715 一、湯生放電理論 PAGEREF _Toc20715 6 HYPERLINK l _Toc23305 二、輝光放電 PAGEREF _Toc23305 8 HYPERLINK l _Toc14144 三、弧光放電 PAGEREF _Toc14144 9 HYPERLINK l _Toc4694 四、火花放電 PAGEREF _Toc4694 11 HYPERLINK l _Toc2

2、1390 五、電暈放電 PAGEREF _Toc21390 12氣體放電分類探究及其應(yīng)用前景摘要：由于在不同的物理?xiàng)l件下，由于占主導(dǎo)地位的基本物理過程不同，會(huì)產(chǎn)生并對(duì)應(yīng)用前景進(jìn)各種不同形式的氣體放電現(xiàn)象。為了對(duì)各種放電現(xiàn)象及其類型有個(gè)深入的了解，行探究。關(guān)鍵詞：氣體放電、類型分類、湯生放電、輝光放電、火花放電、弧光放電、應(yīng)用前景引言：氣體放電等離子體作為物質(zhì)的第四態(tài)，其物性及規(guī)律與固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的各不相同。我們知道，氣態(tài)放電等離子體是由電子、各種離子、原子組成的，遠(yuǎn)比氣體、液體、固體復(fù)雜，其中發(fā)生著大量各不相同的基本過程。氣體放電時(shí)等離子體物理的一個(gè)重要組成部分，氣體放電現(xiàn)象時(shí)通過氣體以后由

3、電離了的氣體表現(xiàn)出來的。研究氣體放電的目的是要了解這種電離了的氣體在各種條件下的宏觀現(xiàn)象及其性質(zhì)，同時(shí)研究其中所發(fā)生的的微觀過程，并進(jìn)一步把這兩者聯(lián)系起來，由表及里地掌握氣體放電的機(jī)理?？梢姎怏w放電現(xiàn)象的主要任務(wù)是研究各種氣體放電現(xiàn)象的物理過程及其內(nèi)在規(guī)律。在自然界和人們的日常生活中幾乎經(jīng)常碰到氣體放電現(xiàn)象，猶如大氣的電離層、太陽風(fēng)、日冕和閃電等都是自然界的氣體放電現(xiàn)象。現(xiàn)在對(duì)氣體放電 的類型進(jìn)行分類闡述并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行研究探討。氣體放電的分類：在不同的物理?xiàng)l件下，由于占主導(dǎo)地位的基本物理過程不同，會(huì)產(chǎn)生各種不同形式的氣體放電現(xiàn)象。按維持放電是否必須有外界電離源把放電分為非自持放電和自持放電

4、；按放電參量是否隨時(shí)間變化分為穩(wěn)態(tài)放電和非穩(wěn)態(tài)放電；可根據(jù)陰極的工作方式分為冷陰極放電和熱陰極放電；可按工作氣壓的高低分為低氣壓放電、高氣壓放電和超高壓放電；根據(jù)以哪一種基本過程占優(yōu)勢(shì)以及電子離子在放電過程中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)為依據(jù)可以分為真空放電：不發(fā)生帶電粒子與中性原子間的碰撞等過程，放電電流靠真空中電子的運(yùn)動(dòng)維持。無聲放電： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 電荷通過空氣泄漏， = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 氣體中的無聲非自持放電， = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 電暈放電的遷移區(qū)雪崩放電： = 1 * GB2 * MERGEFORMAT 非自持湯

5、生放電 = 2 * GB2 * MERGEFORMAT 湯生放電的陰極區(qū) = 3 * GB2 * MERGEFORMAT 湯生放電和輝光放電的過渡形式 = 4 * GB2 * MERGEFORMAT 輝光放電和電弧放電間過渡形式中的陰極區(qū)脈沖流光放電：各種火花放電和脈沖流光放電的起始階段為了對(duì)各種放電現(xiàn)象有一個(gè)初步的了解，先來整體上分析一下氣體放電的伏安特性，如下圖：它是一個(gè)典型的放電伏安特性曲線：電流由圖可見，當(dāng)電極間的外電壓慢慢增加時(shí)，用靈敏檢流器可以檢測(cè)到電極間有微弱的電流流過，最小可測(cè)的電流越為10-16A,這種電流是無規(guī)則的脈沖式的。如果在電極間另外增加一些電子源（例如用光照陰極產(chǎn)生

6、光電子發(fā)射），則特性曲線會(huì)向右移動(dòng)。隨著極間電壓的增加，空間電荷可以完全移上電極，所以電流趨向飽和，電流可增大到10-14A ，這部分電流也可能是由間歇輻射引起的，此時(shí)放電電流也是間歇性的，氣體放電的這部分特性以被用來側(cè)兩核輻射強(qiáng)度，蓋革和繆勒技術(shù)管就是利用了這個(gè)原理。隨著放電放電電壓的繼續(xù)增加，由于次級(jí)電離，放電電流先是緩慢增加，后來卻指數(shù)增加。在這個(gè)范圍內(nèi)放電電流可增大（一億倍），而電極間電壓卻幾乎沒有增加。這種突變性的過渡稱為氣體的擊穿。在氣體擊穿時(shí)，放電電流的增加與外界電離源無關(guān)，放電可以靠自身來維持，換言之，這時(shí)的放電已經(jīng)從原來的非自持放電過渡到了自持放電。這部分范圍屬于湯生放電范圍

7、。如果改變外回路電阻，繼續(xù)增加放電電流，放電間隙上的電壓反而會(huì)降低，并一直下降到某一穩(wěn)定的電壓值。這里存在一個(gè)放電從湯生房地放電，經(jīng)過電暈放電亞輝光放電向輝光放電區(qū)域過渡的過程，這以后放電電流又隨電壓指數(shù)式地增加了，這個(gè)區(qū)域稱之為反常輝光放電區(qū)域。下面我們主要從湯生放電理論，輝光放電理論，弧光放電理論，火花放電及其電暈放電五個(gè)部分對(duì)氣體放電的類型進(jìn)行詳細(xì)的研究。 = 1 * CHINESENUM3 * MERGEFORMAT 一、湯生放電理論一、湯生放電非自持放電是指存在外致電離源的條件下放電才能持續(xù)的現(xiàn)象。自持放電是指去掉外致電離電源的條件下放電仍能持續(xù)的現(xiàn)象。在外致電離源的作用下，當(dāng)放電管

8、兩端的電壓增加到某一足夠值，管內(nèi)電流突然增大。此時(shí)若移去電離源，放電電流仍足夠大，即此刻放電的形式與外致電離源的存在與否無關(guān)，這種狀態(tài)稱為自持放電。放電從非自持放電轉(zhuǎn)變到自持放電的過程稱為主體的突變過程或著火過程，這種放電的現(xiàn)象與理論由科學(xué)家湯生首先建立和研究，故稱為湯生放電。二、湯生放電的特點(diǎn)湯生放電區(qū)域的伏安特性曲線如圖：在To區(qū)域，作用在電極間的電壓很低，氣體中流過的電流也很小，如圖所示從零開始上升，而后趨于飽和，這是剩余電離下的帶電粒子在電場(chǎng)作用下作定向遷移的結(jié)果。在T1區(qū)域，從陰極發(fā)射的電子在電場(chǎng)作用下獲得足夠的能量，他們與氣體分子碰撞并產(chǎn)生電離，導(dǎo)致帶電粒子的增加，放電電流隨之增加

9、。在T2區(qū)域里，電子與分子氣體碰撞產(chǎn)生的正離子，從較高電場(chǎng)中獲得的能量以足以在與氣體的碰撞時(shí)使之電離，從而使放電電流進(jìn)一步增大。二、輝光放電一、輝光放電的定義：輝光放電是氣體放電的一種重要形式，因放電時(shí)管內(nèi)出現(xiàn)特有的光輝而得名。輝光放電可以分為亞輝光放電、正常輝光放電和反常輝光放電三種類型。二、輝光放電的特點(diǎn)輝光放電是湯生放電的進(jìn)一步發(fā)展，它們之間的一個(gè)主要差別在于輝光放電具有較大的放電電流密度，而且空間電荷效應(yīng)起著顯著的作用，因此在推論輝光放電時(shí)必須考慮空間電荷問題。三、弧光放電一、弧光的定義和特點(diǎn)：弧光放電是一種自持放電，弧光放電是一種陰極位降低、電流密度大的放電?；」夥烹婈帢O位降機(jī)理與輝

10、光放電的完全不同，弧光放電的電流密度很大，這意味著陰極要發(fā)射出大量的電子，而單靠正離子對(duì)陰極的轟擊不可能提供這么多電子，因此必須考慮其他陰極電子發(fā)射的機(jī)理。二、弧光放電的電位的軸向分布： 在陰極前面是陰極位降區(qū)，這個(gè)區(qū)域很短，壓降約為10V量級(jí)，在這很小的區(qū)域里聚集著正的空間電荷，電流密度很大，且常在陰極上顯現(xiàn)出一個(gè)或幾個(gè)陰極斑點(diǎn)，這區(qū)域?qū)τ陉帢O發(fā)射電子與維持放電至關(guān)重要的。在陽極前面是陽極位降區(qū)，也是一個(gè)很小的區(qū)域，里面有空間電荷的存在，當(dāng)放電電流較大時(shí)，這里也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)陽極斑點(diǎn)。但是這區(qū)域里，空間電荷是負(fù)的，而且不存在陽極的發(fā)射，通常，陽極位降及其電流密度小于陰極位降及其電流密度。三

11、、弧光放電和輝光放電的區(qū)別：從放電的伏安特性曲線，可以看出輝光放電具有高電壓、低電流密度的特征，而弧光放電的特性卻是低電壓，高電流密度。為了完成這兩個(gè)不同放電間的過渡，陰極的電子發(fā)射過程必須要有根本的變化，也就是弧光的陰極電子發(fā)射機(jī)理一定不同于正離子轟擊陰極的機(jī)理。四、火花放電一、火花放電：當(dāng)高壓電源的功率不太大時(shí)，高電壓電極間的氣體被擊穿，出現(xiàn)閃光和爆裂聲的氣體放電現(xiàn)象。在外貌上看來，火花放電是明亮曲折而有分支的細(xì)帶束，它們會(huì)剎那間穿過放電間隙，但馬上又很快熄滅，經(jīng)常一個(gè)一個(gè)地更替著。二、特點(diǎn)與其他放電的區(qū)別：火花放電的過程與其他放電過程很容易被區(qū)別，火花是靠加在兩個(gè)電極間的近萬伏的高電壓擊

12、穿而產(chǎn)生，這種放電只維持10-810-6s ，此后放電可能轉(zhuǎn)向弧光放電。火花放電電路與別的放電電器結(jié)構(gòu)不同，經(jīng)常碰到的火花放電電路包括：空氣斷續(xù)器式火花放電電路和拉依斯基火花放電電路。這里我們隊(duì)這兩種電路不做具體的研究。 三、火花放電的實(shí)例及其應(yīng)用前景：自然界中存在著大規(guī)模的火花放電現(xiàn)象，正是因?yàn)榛鸹ǚ烹姷钠毡樾?，火花放電給人們帶來了很多的應(yīng)用。但是在手術(shù)臺(tái)上，電火花會(huì)引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人。在煤礦上會(huì)引起瓦斯爆炸，導(dǎo)致工人死傷，礦井報(bào)廢 。在日常生活中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)的兩側(cè)翼尖及飛機(jī)的尾部都裝有放電刷，飛機(jī)著陸時(shí)，為了防止乘客下機(jī)時(shí)遭到電擊，飛機(jī)起落架上大都使用特制的接地輪胎或接地

13、線，以泄放掉飛機(jī)在空中所產(chǎn)生的靜電荷。日光燈的啟輝器也利用火花放電原理。閉合日光燈電鍵時(shí)，電壓?jiǎn)⑤x器的玻璃管中的氖氣放電，放電生熱使玻璃管中動(dòng)片受熱膨脹與靜片接通。在這一過程中發(fā)出閃光和咔嚓聲。待動(dòng)片與靜片斷開時(shí)，高電壓又使燈管中的水銀蒸氣放電，日光燈發(fā)光。五、電暈放電一、電暈放電：當(dāng)在電極兩端加上較高但未達(dá)擊穿電壓時(shí)，如果電極表面附近的電場(chǎng)（局部電場(chǎng)）很強(qiáng)，則電極附近的氣體介質(zhì)會(huì)被局部擊穿而產(chǎn)生電暈放電現(xiàn)象。當(dāng)電極的曲率半徑很小時(shí)，由于其附近的場(chǎng)強(qiáng)特別高很容易發(fā)生電暈放電。在通常的情況下，都是研究在曲率半徑很小電極處的電暈放電。 二、特點(diǎn)及其區(qū)別：電暈放電在很多場(chǎng)合下可以觀察到，例如在高壓傳

14、輸線和同軸圓筒所包圍導(dǎo)線的表面都能看到。也常常在夜間的架空線路上看到。實(shí)際上是兩條導(dǎo)線之間存在著高電壓，電荷在高強(qiáng)電場(chǎng)作用下克服空間的電阻進(jìn)行小電流放電引起空氣發(fā)出光亮。電暈放電電壓降比輝光放電電壓降大（千伏數(shù)量級(jí)），但放電電流更小（微安數(shù)量級(jí)）且往往發(fā)生在電極間電場(chǎng)不均勻的條件下。若在電暈放電狀況下如提高外加電壓，而電源的功率又不夠大，此時(shí)放電就轉(zhuǎn)變成火花放電。若電場(chǎng)分布均勻，放電電流又較大，則發(fā)生輝光放電現(xiàn)象。若電源功率足夠大，則電暈放電可轉(zhuǎn)變?yōu)榛」夥烹姟Ｈ?、電暈放電的?yīng)用前景：電暈?zāi)芤痣娔艿膿p耗，并對(duì)通訊和廣播發(fā)生干擾。因此可利用此特性制成避雷針，防止雷擊。電暈放電可用來除塵，靜電除塵是利用極不均勻的電場(chǎng)，形成電暈放電。靜電復(fù)印機(jī)的充電過程是光導(dǎo)體鼓在暗處并處在某一極性的電場(chǎng)中，使其表面均勻地充上某種極性的電荷而具有一定的表面電位的過程。這一 實(shí)際上是鼓的敏化過程，使原來不具備感光性的鼓具有較好的感光性。它通常采用電暈放電法，即在離一定距離的電極絲上加高電壓，使其產(chǎn)生電暈放電，使光導(dǎo)體表面帶上靜電荷的過程，即充電的過程。.參考文獻(xiàn)：氣體放電物理 徐學(xué)基 諸定昌 Abstract: type dominated by the basic p