高电压新技术说课讲解.ppt

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1、高电压新技术第一部分气体放电基础典型的气体放电气体放电理论模型气体放电物理基础——元过程典型的气体放电实验装置气体放电的全伏安特性直流放电的类型辉光放电：低气压(1~10Torr)，外电路阻抗大，电流10-6～10-1A弧光放电：高气压(~1atm)，外电路阻抗小，电流>1A火花放电：高气压(~1atm)，放电间隙较长(>10cm)电晕放电：强不均匀场中发生的特殊的放电汤生放电理论J.S.Townsend,1868~1957,英国α作用－电子产生的电离倍增（电子雪崩）γ作用－离子轰击阴极时二次电子的出射效应阴极阳极电场E电子分子离子二次电子发射电离

2、倍增作用（α作用）（γ作用）汤生自持放电条件帕邢定律Paschen,1865~1947,德国帕邢定律的内容：气体击穿电压由气体压强p和电极间距d的乘积(pd)所决定，并有极小值。汤生理论对帕邢定律的解释8流注气体放电理论说明工程上感兴趣的压力较高和气隙间距较长气体的击穿，如大气压力下空气的击穿特点：认为电子碰控电离及空间光电离是维持自持放电的主要因素，并强调了空间电荷畸变电场的作用流注理论的放电原理9流注理论的发展阶段电子崩阶段空间电荷畸变外电场流注阶段光电离形成二次电子崩，等离子体101.电子崩阶段电子崩外形：好似球头的锥体，空间电荷分布极不均匀

3、例如，正常大气条件下，若E＝30kV／cm，则11cm-1，计算得随着电子崩向阳极推进，崩头中的电子数11空间电荷畸变外电场大大加强了崩头及崩尾的电场，削弱了崩头内正、负电荷区域之间的电场电子崩头部：电场明显增强，有利于发生分子和离子的激励现象，当它们回复到正常状态时，放射出光子崩头内部正、负电荷区域：电场大大削弱，有助于发生复合过程，发射出光子122.流注阶段当电子崩走完整个间隙后，大密度的头部空间电荷大大加强了后部的电场，并向周围放射出大量光子光子引起空间光电离，在受到畸变而加强了的电场中，造成了新的电子崩，称为二次电子崩光电离、二次电子崩

4、1—主电子崩2—二次电子崩3—流注13正流注的形成二次电子崩中的电子进入主电子崩头部的正空间电荷区（电场强度较小），大多形成负离子。大量的正、负带电质点构成了等离子体，这就是正流注流注通道导电性良好，其头部又是二次电子崩形成的正电荷，因此流注头部前方出现了很强的电场1—主电子崩2—二次电子崩3—流注14正流注向阴极推进流注头部的电离放射出大量光子，继续引起空间光电离。流注前方出现新的二次电子崩，它们被吸引向流注头部，延长了流注通道流注不断向阴极报进，且随着流注接近阴极，其头部电场越来越强，因而其发展也越来越快流注发展到阴极，间隙被导电良好的等离子通

5、道所贯通，间隙的击穿完成，这个电压就是击穿电压15自持放电条件一旦形成流注，放电就进入了新的阶段，放电可以由本身产生的空间光电离而自行维持，即转入自持放电了。如果电场均匀，间隙就将被击穿。所以流注形成的条件就是自持放电条件，在均匀电场中也就是导致击穿的条件自持放电的条件：16流注理论对pd很大时放电现象的解释1．放电外形Pd很大时，放电具有通道形式当某个流注由于偶然原因发展更快时，将抑制其它流注的形成和发展，并且随着流注向前推进而越来越强烈二次电子崩在空间的形成和发展带有统计性，所以火花通道常是曲折的，并带有分枝2．放电时间光子以光速传播，所以流注

6、发展速度极快，这就可以说明pd很大时放电时间特别短的现象3．阴极材料的影响根据流注理论，维持放电自持的是空间光电离，而不是阴极表面的电离过程，这可说明为何很大Pd下击穿电压和阴极材料基本无关了17在电离室中得到的阳极流注发展过段的照片正流注的发展速度约为11082108cm/s气体放电元过程参与气体放电的粒子：电子、离子（＋，－）、中性粒子（原子、分子）、光子粒子之间的碰撞：气体放电所表现出来的全部现象都不过是这些粒子之间的碰撞的结果。在电场中电子优先获得能量。电子碰撞的种类：高能电子通过碰撞引起物理化学反应。正是这些物理化学反应决定了气体放

7、电的性质。碰撞一般分为弹性碰撞、非弹性碰撞。后者包括电离、激发、复合等。辉光放电电弧放电电晕放电火花放电介质阻挡放电射频放电微波放电……第二部分各种常用的气体放电辉光放电（压强约1Torr）辉光放电各部分发光颜色分布气体阴极区负辉光正柱区氦气红绿紫红氖气黄橙红氮气粉红蓝红朗缪尔(IrvingLangmuir,1932年Nobel化学奖)1928年朗缪尔在研究辉光放电时将正柱区中的电离气体取名为“等离子体”(Plasma)。他的合作者Tonks在他的一篇论文(Am.J.Phys.,35(1967),p.857)中，这样生动地讲述了这个名称的由来：La

8、ngmuircameintomyroomintheGeneralElectricResearchLaboratoryone