分析气体放电基础.ppt

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1、彩色等离子体显示气体放电中的基本粒子：•基态原子（或分子）•电子e＝1/2mve2，典型密度为1016~1020/m3.•激发态原子(或分子)•正离子和负离子•光子＝h气体放电物理基础基本粒子间的相互作用•弹性碰撞参与碰撞的粒子的运动速度和方向发生变化，而位能不发生变化。平均能量损失率气体放电物理基础举例：me=9.110-31kg,mHe=6.6810-27kg.e-He原子碰撞：＝2.7210-4,He+-He原子碰撞：＝0.5•非弹性碰撞使参与碰撞的粒子间发生了位能的变化。第一类非弹性碰撞：导致粒子体系位能增加。如He+e(快速）He

2、*+e（慢速）第二类非弹性碰撞：导致粒子体系位能减小。如He*+e(慢速）He+e（快速）气体放电物理基础内能的最大值气体放电物理基础第一类非弹性碰撞:如m1m2，Wmax0.5E1；m1m2，WmaxE1。气体放电物理基础气体原子的激发和电离激发态原子能级谐振能级（受激原子自发地直接过渡到基态，并产生光子辐射。）较高激发态能级（向较低基发态能级跃迁，并产生光子辐射。）亚稳能级（不能自发地通过光辐射向基态跃迁。）气体放电物理基础•电子与气体原子碰撞致激发和电离原子由基态E0激发态Em基态原子被电离电子必须具有的动能——电子使基态原子(或分子)电离

3、和激发气体放电物理基础——电子使激发态原子电离和激发举例：汞的电离电位为10.4V，而汞弧放电的稳态电压只有9~10V。这是因为能级为4.66ev能级为5.43ev气体放电物理基础碰撞截面原子作用半径R：电子与原子间能发生相互作用的最大距离。原子与电子碰撞的有效截面电子能量的函数有效截面不仅包含原子半径的概念，还包含了带电粒子和原子在相互作用中，具有几率和不确定因素的含意。气体放电物理基础电子和气体原子的碰撞几率总有效截面电子的平均自由程气体放电物理基础氦原子的激发截面与电子能量的关系•原子和离子与气体原子碰撞致激发和电离气体放电物理基础•光致激发和光致电离光

4、致激发和光致电离的光子波长气体放电物理基础气体放电物理基础•热激发和热电离(1)气体原子相互碰撞产生电离(2)高温气体产生热辐射而引起的光致电离(3)以上两种电离过程所产生的高能电子引起的碰撞电离气体放电物理基础•X射线及核辐射引起的电离和剩余电离(1)气体原子吸收X射线量子后，使一个价电子脱离。这个高能电子使气体原子产生大量的碰撞电离。(2)高能X射线量子被原子吸收，使原子一个内层电子电离，随即有较外层的电子跃迁到内层空位上，这个过程也伴随着能量的释放。新的X量子又可以产生新的电离。(3)原子不是完全吸收x射线量子，而是产生康普顿效应。X射线：气体放电物理基

5、础核辐射引起的电离：（1）射线、质子和氘核它们引起的电离，相当于高速正离子与气体原子产生的第一类非弹性碰撞。（2）射线它引起的电离，相当于极高速电子与气体原子的第一类非弹性碰撞。（3）射线射线引起的电离相当于能量很大的光子引起的光致电离，主要产生康普顿效应。气体放电物理基础（1）在地面附近产生剩余电离的原因是地壳中放射性物质的辐射。（2）高空中的剩余电离主要是宇宙射线引起的。宇宙线是来自星际空间的高能粒子。剩余电离从地面向上升高时，剩余电离作用开始随高度增加而下降，在到达1.5km以后，剩余电离重新增加。气体原子的激发转移和消电离气体粒子的激发转移和消

6、电离是气体粒子的激发和电离的逆过程，这些基本过程属于重粒子间的第二类非弹性碰撞。1．气体原子的激发转移•自发辐射跃迁•与电子的非弹性碰撞•与基态原子的非弹性碰撞潘宁效应辐射的淬灭敏化荧光气体放电物理基础2．带电粒子的复合•电子和正离子间的复合气体放电物理基础假定电子质量为m，正离子质量为M。复合之前，电子相对于离子的速度为，复合后形成中性原子速度为u。中性原子的质量则为m＋M。eUi为其电离能。根据动量守恒有根据动量守恒有气体放电物理基础从以上两式得出说明电子与正离子的二体复合不可能发生。三体碰撞复合辐射复合气体放电物理基础•正负离子间的复合（a）辐射复合X

7、-+Y+XY+h（b）电荷交换X-+Y+X＋Y（c）三体复合X-+Y+＋ZXY+Z由于正、负离子间的相对运动速度比较小，所以离子复合几率比电子复合几率大得多。在能够形成负离子的气体中，体积复合大多分两步进行，首先是电子和原子结合形成负离子，然后负离子再与正离子发生复合。3.带电粒子的电荷转移4．负离子的形成中性原子捕获电子形成负离子三体碰撞分解吸附分子气体与电子碰撞产生离子对重粒子间的电荷转移产生离子对气体放电物理基础带电粒子在气体中的运动•带电粒子的热运动•带电粒子的扩散运动•带电粒子的漂移运动气体放电物理基础气体放电物理基础带电粒子的热运动（

8、1）带电粒子的速度分布与平均动能麦克斯