第68讲气体放电的基本物理过程及气体间隙的放电(2023年新版)

535气体中带电质点的产生与消逝气体的电离子的电离，它是气体放电的首要前提。其所需要的能量成为电离能。W电e离电位为U，e1.61019C；鼓励态恢复到正常状态时辐射出相应能量的光子光子的频率v h普朗克i常数WhvieUiAEAe3kTW2 hvWi1

k1.381023J/K k为波尔茨曼常数〔热电离〕光辐射波频率vh是普朗克常数〔光辐射电离〕mv2W2 ieExWi

m、v是碰撞质点的质量、速度〔碰撞电离〕x为电子或离子在碰撞前走过的距离常温下的放电过程，碰撞电离是最重要的电离方式气体的分级电离W气体的原子或分子在鼓励态〔鼓励能为i 的能量仅为Wi

e〕再获得能量而发生电离称为分级电离，这种状况下电离所需〔10-3秒或更长子或分子碰撞时，即使它们的动能较低，只要前者的激发能大于后者的电离能，后者将被电离，前者则返回基态。多余的能量就转变为电子的动能，或使离子激发。这种过程,称彭宁电离,或称彭宁效应。由于惰性气体的亚稳原子有较大的激发能，在含有惰性气体的混合气体放电中，彭宁电离比较有效。彭宁效应还可以使放电管的点火电压降低。从绝缘角度看，彭宁效应不利电极外表的电子逸出1页逸出功：金属的微观构造〔小于电离能电子放射带电质点的集中和复合带电粒子的集中带电粒子从浓度较大的区域运动到浓度较小的区域。电子的集中速度比离子快得多。气压越低，温度越高，集中越快。带电粒子的复合正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传递而相互中和、复原为分子的过程在带电质点的复合过程中会发生光辐射，这种光辐射在肯定条件下又可能成为导致电离的因素正、负离子间的复合概率要比离子和电子间的复合概率大得多。通常放电过程中离子间的复合更为重要肯定空间内带电质点由于复合而削减的速度打算于其浓度电子崩和电子碰撞电离系数OO—AAA—BBB—C又将电离出的其次代电子，这时空间已存在四个自由电子；这样一代一代不断增加的过程，会使电子数目快速增加，如同冰山上发生雪崩一样。电离系数2页1cmxeEx，电子如要能够引起碰撞电离，必需满足条件Eex Wi i

或xEUi i只有那些自由行程超过xi＝Ui／E的电子，才能与分子发生碰撞电离假设电子的平均自由行程为，xi的概率为对于均匀电场，不随空间位置而变nnex0

exi/相应的电子电流增长规律为IIex0IIed0lcml／1其中 ex/ i是电子自由行程超过xi而发生的碰撞，即电离碰撞次数1

xeix

1U eEiU 气体温度不变时，1／＝Ap，并令AUi＝B，可得EApeBpE结论：场强较大时，电子碰撞电离系数较大；在气压较大或较小时，电子碰撞电离系数较小随着气隙中场强增大，电子和离子在与气体分子相邻两次碰撞间所积存的动能也增加，场强高达某肯定值，使这种能量的积存到达撞击游离所需值时，气体中即可发生撞击游离。游离出来的电子又参与到撞击游页离的过程中去。于是游离过程就像雪崩似地增长起来，称为电子崩Ecr素所造成的原始游离才能持续存在；如外界游离因素消逝，则这种电子崩也随之渐渐衰减以至消逝，而不能自己维持下去。这种放电称为非自持放电。当场强到达或超过Ecr离因素了，这种性质的放电称为自持放电。由非自持放电转入自持放电的场强称为临界场强Ecr，相应的电压称为临界电压Ucr。自持放电条件汤逊理论认为，当pdpd的函数pdn0＝1放电有非自持转入自持的条件为在均匀电场中，这也就是间隙击穿的条件，上式具有清楚的物理意义pd放电外形Pd猛烈二次电子崩在空间的形成和进展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝pd象阴极材料的影响依据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极外表的电离过程，这可说明为何很大Pd36电场均匀度对放电的影响页电场不均匀系数均匀电场是一种少有的特例，在实际电力设施中常见的却是不均匀电场。为了描述各种构造的电场不均匀程度，可引入一个电场不均匀系数f，表示为Ef EEv

最大电场强度

平均电场强度E Uv d均匀场和稍不均匀场中的放电均匀电场中的击穿电压与电压的极性无关，直流、工频击穿电压〔峰值〕以及50%冲击击穿电压都一样，分散性很小U 24.22d6.08 dKV d为空气相对密度b对于稍不均匀场间隙，击穿电压可按下式估算EU fE极不均匀场中的放电特点：1.影响击穿电压的主要因素是间隙距离选择电场极不均匀的极端状况作为典型电极争论：棒-板：电场分布不对称棒-棒：电场分布对称这两种气隙击穿电压是不均匀气隙击穿电压曲线的上下包线，依据典型电极的击穿电压数据来估量绝缘距离直流、工频及冲击击穿电压间的差异比较明显，分散性较大直流电压下的击穿电压极性效应：棒-棒电极间的击穿电压介于极性不同的棒-板电极之间击穿电压与间隙距离接近正比，平均击穿场强：正棒—负板：4.5kV/cm；负棒—正板：10kV/cm；棒—棒：4.8~5.0kV/cm工频电压下的击穿电压击穿在棒的极性