修改版气体击穿理论

3：热游离
一切因气体热状态引起的电离过程称为热电离。 包括： • 随着温度升高气体分子动能增加引起的碰撞电
离， • 高温下高能热辐射光子引起的光电离。
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4：表面游离
a、正离子碰撞阴极：正离子碰撞阴极时使电子逸出金
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5.1电子崩空间电荷对电场的畸变
崩头和崩尾电场被加强 崩中电场减弱：复合发光
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5.5流注理论对pd很大时放电现象的解释
放电外形：流注电导很大，其中电场强度很小， 对周围其他流注有“屏蔽”作用，因此最终只 有一条通道；衍生崩随机性使其曲折分支。
放电时间：光子以光速传播，衍生崩跳跃式发 展，因此放电发展时间很短（书上有数值）
放电时间：由正离子迁移率计算出的放电时间比 实际火花放电时间长得多
击穿电压：理论上不变，但计算结果与实际不符
阴极材料：理论上有关，实际中无关
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超长间隙放电
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5.2正流注的产生
当外施电压为气隙最低击穿电压时： 光子在崩尾引发衍生崩 从正极板出发
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5.3负流注的产生
当外施电压比气隙最低 击穿电压高出许多时： 光子在崩头引发衍生崩
正负流注同时在极板中 间出现
刷状放电：从电晕放电电极中伸出许多较明亮的细放 电通道；极不均匀场
电弧放电：放电通道和电极的温度都很高，电流密度 大，电路有短路特征；电源功率大
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第二节：气体放电过程一般描述
3：非自持放电和自持放电
阴极材料的影响：维持放电的是光电离而不是 表面电离，因而与阴极材料无关。
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1：撞击游离
在电场作用下，电子被加速而获得动能。当电 子的动能满足气体电离能时，将引起碰掩电离：
碰撞电离的形成与电场强度和电子的平均自由 行程的大小有关
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1、气隙中带电粒子是如何形成的？ 2、气隙中的导电通道是如何形成的？ 3、气隙中导电通道形成后是如何维持持续放电的？
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名词解释
1：电子平均自由行程
定义： 一个电子在与气体分子相邻两次碰撞之间自由地通过 的平均行程。与气体分子的大小和密度有关。
xy
2：电子连续迁移xy而不碰撞的概率：
Uy / E
x y / e
3：电子迁移1cm与气体分子平均碰撞次数： 1 / e
4：一电子迁移1cm平均发生碰撞电离次数 1 eU y / Ee
5：气体相对密度与电子平均自由程成反比 6：间隙电压U＝E×d
e
A 1/ e
击穿电压：
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名词解释
3：电离（游离）
• 原子在外界因素作用下，其电子受到激励摆脱 原子核的约束而成为自由电子，这一现象称为 电离
• 原子被分解成两种带电粒子—电子和正离子 • 使电子电离出来所需的最小能量称为电离能。
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该原子称为激励状态的原子。高于正常状态的能级均 称为激励能级。
激励状态存在的时间很短(大致为10-8s)，电子将自动 返回常态轨道上，这时产生激励时所吸收的外加能量将 以辐射能(光子)的形式放出。
如果原子获得的外加能量足够大，其电子将摆脱原子 核的约束而成为自由电子。
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3. 巴申定律
巴申定律： 1）击穿电压是气压p与距离d的乘积pd（或相对密 度与距离S的乘积 S）的函数 2） 击穿电压有最小值 巴申定理与汤逊机理在pd较小时相一致
一定：S小，S小于，U击
S大，U击
S一定：小，碰撞机会少，U击 大，小，U击
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4.汤逊机理的适用范围
适用范围：气压较低，pd<200 cm.mmHg 或 S<0.26cm
工程上pd较大：实际与理论的差别：
放电外形：放电在整个间隙中均匀连续（辉光） 而火花放电带有分支的明亮细通道
属（传递的能量要大于逸出功）。逸出的电子有一个和 正离子结合成为原子，其余的成为自由电子。因此正离 子必须碰撞出一个以上电子时才能出现自由电子。
b、光电效应：金属表面受到光的照射，当光子的 能量大于逸出功时，金属表面放射出电子。
c、强场发射：当阴极附近所加外电场足够强时， 使阴极放射出电子。
d、热电子发射：当阴极被加热到很高温度时，其 中的电子获得巨大动能，逸出金属。
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5：带电质点的复合
1）正离子和负离子或电子相遇，发生电荷的传 递而互相中和、还原为分子的过程称为复合过 程。
2）在带电质点的复合过程会以光子的形式释放 能量，产生光辐射。这种光辐射在一定条件下 有可能成为导致电离的因素（如流柱理论中二 次电子崩的起因）。
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第一节：气体中带电质点的产生和消失
产生：1）撞击游离 2）光游离 3）热游离 4）金属表面游离：加热、强电场、撞击、光照 5）气体分子俘获自由电子形成负离子
消失：1）流入电极 2）扩散 3）复合
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第三节 均匀电场气隙的击穿 1：汤逊机理
过程：电子在运动中碰撞电离： 是一个电子沿
电场方向运动1cm平均发生的碰撞电离次数
x
N
e
dx 0
ex
该过程具有 普遍意义
过程：正离子轰击阴极产生表面电离： 是一个 正离子从阴极轰击出的自由电子个数
一个电子从阴极到阳极产生的正 离子数为：
eS 1
设：一个电子从阴极行走 x 距离产 生的自由电子数为 n
n 个电子前进 dx 产生的新电子数为：
dn ndx,或 dn dx
n
所以：一个电子从阴极到阳极产生 的电子数为：
ln
n
N 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S
dx
0
S
N
e
dx 0
eS
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非自持放电：外施电压小于U0 时，间隙内电流数值 很小，间隙还未被击穿，这时电流要依靠外电离因 素来维持，如果取消外电离因素，电流将消失
自持放电：当电压达到U0 后，气体中发生了强烈的 电离，电流剧增，其中的电离只靠电场的作用自行 维持，不再需要外电离因素。
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电子在行进中加速、积累动能，在与分子碰撞时将能量传给 分子，使分子热运动加剧，甚至发生电离
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名词解释
2：激励
定义：原子在外界因素作用下，其电子从处在距原子核较 近的低能态轨道跃迁到离核较远的较高能态的轨道，这 个过程称为激励。
高电压技术
第二章—气体放电的物理过程
概述
1：电力系统和电气设备中常用气体作为绝缘介质 2：气体绝缘要解决的问题主要是如何选择合适的 绝缘距离以及如何提高气体间隙的击穿电压 3：气体击穿电压与电场分布、电压种类、气体状 态有关 4：理论至今很不完善，工程设计问题常借助于各 种实验规律分析解决或直接由试验决定
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5 .流注机理
➢ 电子碰撞电离：形成电子崩，是维持自持放电的 主要因素
➢ 空间光电离：形成衍生电子崩，是维持自持放电 的主要因素
➢ 空间电荷畸变电场的作用：为衍生崩创造了条件 ➢ 流注：由大量正负离子混合形成的等离子体通道
（导电性能良好） ➢ 击穿过程：电子崩——流注发展延伸——击穿
电子崩具显圆锥形，电子集中在崩头，尾部为正离子
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电子崩中电子数目：
1: 电子崩
电子电离系数 ：一个电子沿着屯场方向行经 1 厘米长度，平均发
生的碰撞电离次数（由电离产生的自由电子数）。
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第二节：气体放电过程一般描述
2：气体放电主要形式
辉光放电：整个空间发光，电流密度小；低气压、电 源功率小；霓虹灯
火花放电：有收细的发光放电通道、贯穿两极的断续 的明亮火花；大气压下、电源功率小
电晕放电：紧贴尖电极周围有一层晕光；极不均匀场
第二节：气体放电过程一般描述
4：放电的发展过程
均匀电场：任意位置的自持放电将迅速引起气体 间隙击穿，U0 为临界电压（＝击穿电压），相应 场强为临界场强
非均匀电场：当电压达到U0 后，出现电晕，U0 为 电晕起始电压，电压继续升高，相继出现刷状放 电、火花放电（或电弧放电）
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常见的电场结构
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问题的提出
气体中的电流：在电场作用下，气隙中带电粒子 的形成和运动过程形成电流。
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第二节：气体放电过程一般描述
1: 电子崩
从阴极产生的第一个起始电子，从电场获得一定动能 后，会碰撞电离出一个第二代电子，这两个电子作为 新的第一代电子，又将电离出新的第二代电子，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，会使带电质点迅速增加，如同发生雪崩一样。
(eS 1)
击穿过程：上述两个过程交替重复进行，自由电 子数目越来越多，最终导致击穿
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2.汤逊机理的结论
自持放电条件：
(eS 1) 1
e 1：电子加速到气体分子电离
能Uy所需连续迁移距离：
2：光游离
当气体分子受到光辐射时，如光子能量满足气体 分子电离能条件将引起光电离，分解成电子和 正离子。
导致气体光电离的光子可以由自然界（如空中的 紫外线、宇宙射线等）或人为照射（如紫外线、 x 射线等）提供，也可以由气体放电过程本身 产生。
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5.4流注机理的结论与巴申定律
自持放电条件：起始电子崩头部电荷数量足以畸
变电场造成足够的空间光电离
ed 1 是一常数，工程上
d ln 1
ln 1 20
击穿电压：
两者在pd较大时相一致