低压气体直流击穿特性要点

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1、低压气体直流击穿特性大连理工大学大物实验报告（论文）低压气体直流击穿特性DC breakdown characteristics of low pressure gas学院（系）：建设工程学部专业：土木工程学生姓名：张一鸣学号：201451014任课教师：杨楠楠完成日期：2016.4.16大连理工大学DalianUniversityofTechnology9低压气体直流击穿特性【引言】气体放电是指电场作用下在气体中产生载流子并定向运动而导电的现象，其中，气体原子或者分子等由于各种激励作用过程而发生电离产生正负带电粒子。不同激励过程导致的气体放电

2、现象和特性不同。低气压气体放电是研究最早、理论最为成熟、应用最为广泛的放电形式。根据电离过程发生频度的不同，气体放电分为非自持放电和自持放电两种模式，从非自持模式到自持模式的转变称为气体击穿。1672年，GottfriedWilhelm首次在旋转硫磺球上实现了人工条件下的电火花放电，揭示了气体放电的本质是气体的导电过程；1802年彼得洛夫发现了电弧放电模式；1889年前后，物理学家帕邢（Paschen）对低气压气体击穿现象进行了系统研究，并在总结前人的大量实验数据基础上，建立了击穿电压与气压和电极间隙的实验规律，称为帕邢定律（Paschen’s

3、Law），至此，低气压气体击穿规律的研究获得了实质性进展。1903年英国物理学家汤森（Townsend）提出了气体击穿的汤森机制，建立了汤森击穿判椐。这一成果在解释低气压气体击穿实验规律方面获得了巨大成功，至今，这一理论仍然是气体放电理论的基础。【实验摘要】通过低气压直流辉光放电发生装置，研究了氦气的击穿电压与氦气气压的关系，控制放电极板间隙及极板材质不变，得到了氦气的帕邢曲线，给出了氦气的最小击穿电压和最佳击穿条件，并讨论最小电压的成因。【实验原理与内容】1.实验目的（1）了解真空条件的实现和低气压获得方法，掌握测量击穿电压的电路技术。（2）

4、认识低气压气体直流击穿现象，研究放电条件与气体击穿电压的关系，体会探索物理规律的实验研究过程。（3）掌握帕邢定律和帕邢曲线。2.实验内容（1）认识低气压气体直流击穿现象．测量氩气气压在（4-100Pa）范围的击穿电压数据，绘制氩（氮）气击穿的帕邢曲线，找出最小击穿电压和最佳击穿条件。（2）了解汤森击穿理论，理解帕邢曲线的物理意义，认识帕邢曲线的普遍性．3.实验原理（1）低气压气体击穿现象常态下气体是绝缘体，没有载流能力。如果采用一定的激励方式，使气体中性粒子发生电离而形成正负带电粒子，并且电离数量达到一定比例，气体就具有了导电能力。如果同时施加

5、电场，气体中的带电粒子就会定向迁移形成电流，即发生气体放电现象。9低压气体直流击穿特性低压气体放电分为自持放电和非自持放电两种模式。非自持放电是指存在外在电离因素才能维持的放电，例如：用紫外光或者放射线照射气体，使气体电离而具有导电能力。如果撤去外电离因素，带电粒子就会很快复合消失，放电便熄灭。自持放电是指没有外电离因素，能够在导电电场的支持下自主维持下去的放电过程。在外电离因素支持下，气体中会存在一定量的背景电离过程，因而含有一定浓度的带电粒子，可以在外加电场作用下形成导电电流。随着电场的增加，电流强度逐渐增加，当电场强至一定值，气体中的放电

6、电流会突然迅速增加，即使撤去外电离源，放电仍能维持，即转化成了自持放电，这种从非自持放电到自持放电的过度现象，即气体的击穿。气体发生击穿所需要的电场强度称为击穿场强，相应的放电电压称为击穿电压。（2）汤森（Townsend）放电理论对气体从非自持放电到自持放电的整个过程及现象，1903年前后，汤森（Townsend）首先进行了详细观察分析研究，并提出了汤森（Townsend）放电和击穿机制，建立了放电理论，这一类服从汤森（Townsend）放电机制的放电过程被总称为汤森（Townsend）放电。汤森（Townsend）机制认为：气体放电的发生是

7、气体分子或原子被电离产生电子和离子的结果。在外加电场作用下，电离产生的电子可以被加速，获得能量的电子又可以增强气体的电离，从而发生雪崩电离产生电子倍增过程，而离子在获得能量后可以轰击阴极产生二次电子发射以补足电子的损耗。气体击穿就是二次电子发射和电子雪崩电离共同发生而产生的一种现象。汤森（Townsend）引入了a过程和g过程描述电子雪崩电离和二次电子发射。根据汤森（Townsend）理论，气体击穿过程包括以下步骤：由于宇宙射线的作用，气体中总存在一定量电离事件，即背景电离。当外加电场较小时，只是背景电离能够产生载流子，并被外加电场驱动而迁移，

8、形成电流，电流密度很低并且空间分布均匀，电流强度随电压线性增加，并逐渐趋于饱和。这是一种暗放电，因为带电粒子的定向运动没有引起电离和发光过程，放电区域