阴极表面游离 ( 过程)
正离子
总结：
1. 将电子崩的形成过程和阴极上的γ 过程作为气体自持放 电的决定因素是汤逊理论的基础。 2. 汤逊理论的实质是：电子碰撞游离是气体放电的主要原 因，二次电子来源于正离子撞击阴极表面使阴极表面 逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。 3. 阴极逸出电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判 据。
模块五
情境一
新课引入：
交流耐压试验
均匀场气体的击穿
气体的击穿是由什么引起的？
本次课程的目的要求:
1、能说明 (P)、d对击穿电压的影响，会解释 巴申曲线中放电特点 2、能说明均匀场中气体击穿的两个理论及区别。
3、会说明均匀电场中气隙的击穿特性。
(一) 气隙中带电粒子的产生和消失
带电粒子： 正离子、负离子、电子
作用：阻碍放电发展
(二) 均匀电场中气体击穿的过程
一、电子崩、非自持放电和自持放电
左图表示实验所得平板电极(均 匀电场)气体中的电流I与所加 电压U的关系，即伏安特性。 在曲线OA段，I随U的提高而增 大，这是由于电极空间的带电 质点向电极运动加速而导致复 合数的减少所致。
气体放电伏安特性
当电压接近Ua时，电流I0趋向于饱和值，因为这时外界 游离因子所产生的带电质点几乎能全部抵达电极，所以 电流值仅取决于游离因子的强弱而与所加电压无关。
（二）电子崩发展到阳极后的新游离
电子崩发展到阳极，其崩头的电子进入阳极中和，崩体内 的正离子在电场作用下向阴极运动。若气隙上的电压较低， 场强较小，则正离子撞击阴极板时从阴极逸出的电子将全 部和正离子复合，阴极表面游离不出自由电子。此时若取 消外界游离因素，气隙中将没有产生新电子崩的电子，放 电会停止。 此即是非自持放电。
实验分析 oa段：电流随电压升高而升高 ab段：电流仅取决于外游离因素与电压无关 bs段：电压升高碰撞游离增强但仍靠外游离维持(非自持) s点后：只靠外加电压就能维持(自持)
如果取消外游离因素，电流也将 消失，这类依靠外游离因素的作 用而维持的放电叫非自持放电。
外施电压到达U0后，气隙中游离 过程只靠外施电压已能维持，不 再需要外游离因素的放电称为自 持放电，U0称为起始放电电压。
作用：既促进又阻碍放电的进行 电子复合和离子复合： 都以光子的形式放出多余的能量。 一定条件下会导致其他气体分子产生光游离，使气体放电 阶跃式发展。
2、扩散
带电质点从浓度较大区域转移到浓度较小 区域的现象。
作用：阻碍放电发生
3、进入电极
在外电场作用下，气隙中的正、负电荷 分别向两电极定向移动的现象。
二、低气压下均匀场自持放电的汤逊理论
（一）电子崩
外界游离因子在阴极附近产生一
(a) 电子崩的形成 (b) 带电离子在电子 崩中的分布
个初始电子，如果空间电场强度 足够大，该电子在向阳极运动时 就会引起碰撞游离，产生一个新 的电子，初始电子和新电子继续 向阳极运动，又会引起新的碰撞 游离，产生更多电子。依此电子 将按照几何级数不断增多，类似 雪崩似地发展，这种急剧增大的 空间电子流被称为电子崩。
（三）巴申定律(p) (或气密 ）和气隙距离(d)乘积的函数，即Ub= f (pd)。
物理意义： 一个从阴极出发的起始电子发展电子崩到阳极 后，崩中的 (ed 1) 个正离子向阴极碰撞时 ，只要至少能从阴极撞击出一个自由电子来， 放电就可转入自持。
如自持放电条件满足时，会形成下图的闭环部分：
气体空间游离 外界游离因子 阴极表面游离 气体中的自由电子 在电场中加速 碰撞游离 电子崩( 过程)
施加能量 W > Wi 自由电子
一、带电质点的产生
原因：各种游离（电离）
作用：促进放电发展 气体原子的 激发和游离
施加能量 施加能量 激发 分级游离
激发
施加能量
光子
自由电子
游离（电离）：外界以某种方式给处于某一能级轨道上的 电子施加一定的能量，该电子就可能摆脱原子核的束缚成 为自由电子。 游离能 ：产生游离需要的能量。
4、气体中金属表面游离
含义： 形式： 金属阴极表面发射电子的过程。 正离子碰撞阴极表面； 光电子发射；(X射线、γ射线、紫外线等） 强场发射； 热电子发射；
气体中主要的游离方式是碰撞游离。 碰撞游离主要由电子和气体分子碰撞所引起。
二、带电质点的消失
1、复合
正离子和负离子或电子相遇时，发生电荷的 传递而相互中和而还原为分子的过程。
激发：电子向高一能级轨道的跃迁。 带电粒子的运动 当气体中存在电场时，粒子同时 进行热运动和沿电场定向运动。 自由行程：一个质点在每两次碰撞 间自由地通过的距离。 平均自由行程：众多质点自由行程的平均值。
1、碰撞游离
电子或离子与气体分子碰撞，将动能传递给气体分子引起游 离的过程。
碰撞游离条件：当电子从电场获得的动能大于或等于气体分 子的游离能时，就可能使气体分子分裂为电子或正离子。
条件：
hv Wi
光游离产生的电子称为光电子。
3、热游离
本质：气体分子热状态引起的碰撞游离和光游离的综合。 常温下，气体分子发生热游离的概率极小。
当t>10000K时，才需考虑热游离； 当t>20000K时，几乎全部的分子都处于热游离状态。 以上三种游离发生在气体空间中，故也称为空间游离。
若气隙上的电压达到其临界击穿电压，则由于正离子的动 能大，撞击阴极表面时就能使其逸出自由电子，此时即使 取消外界游离因素，阴极表面游离出的电子可弥补原来发 展电子崩的那个电子，产生新的电子崩，使放电继续进行 下去。 此即是自持放电。
自持放电条件：
(e
d
1) 1 d ln
1

Wi为气体分子的游离能
1 meVe2 Wi 2
气体中，电子和离子的自由行程是它们和气体分子发生碰撞 的行程。由于电子尺寸和质量比分子小得多，不易发生碰撞， 故电子的平均自由行程比离子的大得多，在电场作用下加速 运动易积聚足够的动能。
2、光游离
由光辐射引起气体分子游离的过程。
x射线、γ射线等；
来源： 异号带电粒子复合成中性粒子释放出光子； 激励态分子回复到正常态释放出光子。