第一章直流放电等离子体 DC charge plasma
第一章 直流放电等离子体 DC charge plasma
高压直流电源 ●典型放电位形 高电压电源 a R 可调镇流电阻人 旅电管工 等离子 阴离子 阳离子 (电子) 。。 满足帕邢定律 至真空泵到 阴： 阳极 电极 击穿电压U(千伏)是电极距离d 图4.11 低氏放电管示意图 (厘米)和气压P(托)乘积的函数
●典型放电位形 高压直流电源 满足帕邢定律 击穿电压U（千伏）是电极距离d （厘米）和气压P（托）乘积的函数
电压(y) 放电电压一电流特性 ●放电特征区间 暗放比 辉光放电 奠光放电 暗放电区 汤生区 A):本底电离：宇宙 电量 射线和其它形式的电离 击穿电压 。弱，但可以测量。 ①电流形成：没有电场 辉光到弧光的跃变 加速电子产生的电离， 辐射电离产生的离子、 电子被电场加速。 ②验证方法：测量辐射 饱和区 正常舞光 异常解光 热 放电的中和作用。 THEMAL 本底电离 400 108 10~6 104 10*2 100 10,000 电流」(A) 图4.1？直流低压放电管的电压电流特性
●放电电压 -电流特性 ●放电特征区间 暗放电区 A）：本底电离：宇宙 射线和其它形式的电离 。弱，但可以测量 。 ①电流形成：没有电场 加速电子产生的电离， 辐射电离产生的离子、 电子被电场加速 。 ②验证方法：测量辐射 放电的中和作用
验证测量辐射放电的中和作用 充电棒 绝缘子 皲璃烧瓶 金 + 里 7 (a】 充电 (b)放电
验证测量辐射放电的中和作用
高压直流电源 (B)饱和区： 电子仍然 没有得到产生电离的足够 能量。但所有的电子、离 电离、辐射 子被收集。 阴极 放电管了 阳极 暗成电 至真空泵 典型饱和电流值在pA或A数量级上，与辐射强度成正比，可以用于辐射计数器
典型饱和电流值在pA或nA数量级上，与辐射强度成正比，可以用于辐射计数器。 （B）饱和区： 电子仍然 没有得到产生电离的足够 能量。但所有的电子、离 子被收集
电压(V) 暗放电 辉光放电 冀光放电 汤生区 (C)汤生区： 电子 电装 可以电离中性本底气体。 击穿电压 ①电子来源：光电子或二 次电了发射，电子碰撞电 辉光到弧光的跃变 离。 ②电流增加过程：电子 雪崩倍增，指数增加(C E段) 饱和区 正常舞光 异常年光 热苏 ITHEMAL 本底电离 A 100 108 106 109 10-2 100 10,000 电流」(A】 图4,1？直流低压放电管的电压电流特性
（C）汤生区： 电子 可以电离中性本底气体。 ①电子来源：光电子或二 次电了发射，电子碰撞电 离。 ②电流增加过程：电子 雪崩倍增，指数增加（C— E段）
③汤森第一电离系数英国物理 电压y 学家汤生(J.S.Towsend)20世 E 击穿电压 纪初提出第一个定量的气体放电 0 电举区 理论，即电子雪崩理论。 Townsend 成电区 Notes: 适用范围：非自持到自持的转变，仅 电流饱和区 仅考虑外部电场，没有考虑等离子体带 电粒子对电场的影响。 本底电离区 电流I(A) 汤森第一电离系数ā，是一个电子沿电 场走过单位长度时平均电离碰撞的次数
③汤森第一电离系数英国物理 学家汤生(J．S．Towsend)20世 纪初提出第一个定量的气体放电 理论，即电子雪崩理论。 汤森第一电离系数α，是一个电子沿电 场走过单位长度时平均电离碰撞的次数。 适用范围：非自持到自持的转变，仅 仅考虑外部电场，没有考虑等离子体带 电粒子对电场的影响。 Notes：
推导 (a)电子不是每次碰撞都能产生电离。 (b)能电离的碰撞->电子在两次碰撞间从电场加速获得的能量： eXEXλ，≥电离能V,即自由程足够大。 (c)W次碰撞中，自由程大于1的碰撞次数为 N exp(/) 。为平均自由程 (d) 单位长度内的电子碰撞次数N: N=元
推导 (a)电子不是每次碰撞都能产生电离。 (b)能电离的碰撞---->电子在两次碰撞间从电场加速获得的能量： e×E×λi ≥ 电离能Vi，即自由程足够大。 (c) N次碰撞中，自由程大于λi的碰撞次数为 exp( / ) N i e 𝜆𝑒 − 为平均自由程 （d）单位长度内的电子碰撞次数N： N= e 1
推导： (e)汤森第一电离系数a 1 a- (f)换成放电参数：气压、电场 1=Ap B = eEt p =Aexp( E/P B=AV;
(e) 汤森第一电离系数α 推导： (f)换成放电参数：气压、电场 𝜆𝑖 = 𝑉𝑖 𝑒𝐸𝑖 𝛼 𝑝 = 𝐴exp(− 𝐵 𝐸Τ𝑝 ） B=AVi 𝛼 = 1 𝜆ҧ 𝑒 exp（ − 𝜆𝑖 𝜆ҧ 𝑒 ）
④不同气体的汤森第一电离系数α a B Aexp( = p E/p 气体 A离子对/(Torr.m) B (V/(Torr.m)) Air 1220 36500 c02 2000 46600 H2 1060 35000 HCI 2500 38000 He 182 5000 H20 1290 28000 Kr 1450 22000 N2 400 10000 Hg 2000 37000
④不同气体的汤森第一电离系数α 气体 A离子对/（Torr•m） B（V/(Torr•m)） Air 1220 36500 CO2 2000 46600 H2 1060 35000 HCI 2500 38000 He 182 5000 H2O 1290 28000 Kr 1450 22000 N2 400 10000 Hg 2000 37000 𝛼 𝑝 = 𝐴exp(− 𝐵 𝐸Τ𝑝 ）