气体放电机理

气体放电机理包括几种放电机理假说（有经典流注机理、电子崩链模型、逃逸电子模型等等），说明了气体放电的基本原理。

气体放电干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。这时如在气体中安置两个电极并加上电压，就有电流通过气体，这个现象称为气体放电。依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电有多种多样的形式。主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。20世纪70年代以来激光导引放电、电子束维持放电等新的放电形式，也日益受到人们的重视。

流注理论关于气体电击穿机理的一种理论。由R.瑞特与J.M.米克于1937年提出。汤森理论奠定了气体放电的理论基础，但是随着气体放电研究的发展，有些现象只由汤森理论难以解释，例如放电发展的速度比碰撞电离快，放电通道是不均匀的而呈折线形状，因此需要寻求其他理论。流注理论就是在总结这些实验现象的基础上形成的。

在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气体原子（或分子）的激励、电离、复合等过程产生光电离，在电子崩附近由光电子引起新的子电子崩，电子崩接近阳极时，电离最强,光辐射也强。光电子产生的子电子崩汇集到由阳极生长的放电通道，并帮助它的发展，形成由阳极向阴极前进的流注（正流注），流注的速度比碰撞电离快。同时，光辐射是指向各个方向的，光电子产生的地点也是随机的，这说明放电通道可能是曲折进行的。正流注达到阴极时，正负电极之间形成一导电的通道，可以通过大的电流，使间隙击穿。如果所加电压超过临界击穿电压（过电压），电子崩电离加强，虽然电子崩还没有发展到阳极附近，但在间隙中部就可能产生许多光电子及子电子崩,它们汇集到主电子崩,加速放电的发展，增加放电通道的电导率，形成由阴极发展的流注（负流注）。1

电子崩均匀电场中气体的击穿过程与气体的相对密度p和极间距离d的乘积pd有关。pd不同时，各种游离过程的强弱不同，空间电荷所起的作用也不同，因而放电的机理不同。汤逊根据均匀电场低气压条件下的放电实验，提出了适合于pd值较小情况下气体放电的电子崩理论（也称为汤逊理论）。后来雷持、米克等人在试验的基础上又提出了适合于pd值较大情况下气体放电的流注理论。这两个理论互相补充，较好地说明了pd在较大范围内的气体放电过程。简单说，电子崩就是电子在气体中发生碰撞电离时的链式反应发展过程。电子崩，是一种电子学学科的一种专有名词。

逃逸电子模型E.E. Kunhardt等人进一步深化基于快电子的模型，提出逃逸电子模型。设电子崩中电子可按其能量大小分两种:快电子和慢电子。快电子是基于逃逸电子的ns脉冲气体放电模型的关键，其脱离电子崩的能量阂值取决于施加的场强、气压和气体介质。

崩头内能量足够的快电子将逃逸出电子崩并散布在崩头近阳极区内，它们会电离主电子崩头部近区气体，使主电子崩向前发展，同时崩头半径变小，形成丝状通道；进而使崩头附近电场增强，快电子进一步从崩头逃逸;重复上述过程，电子崩加速向阳极发展。到达阳极时电子崩与阳极已形成电导通道，崩尾电场大增，随后出自阴极的电子崩逐步发展成间隙的击穿。2

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黄伦先 - 副教授 - 西南大学