什么是汤森理论?

[拼音]：Tangsen lilun

[外文]：Townsend theory

解释气体放电机制的最早理论。由英国物理学家J.S.E.汤森于1903年提出。汤森在实验中发现，当两平板电极之间所加电压增大到一定值时，极板间隙的气体中出现连接两个电极的放电通道，使原来绝缘的气体变成电导很高的气体，有放电电流通过，间隙被击穿。汤森用气体电离的概念解释这一现象。他设想有n0个自由电子在电场作用下由阴极向阳极运动，只要电场足够强，电子在与气体分子碰撞时会引起后者电离，发展成电子崩。若每个电子在电场中移动单位距离时产生的电离次数为α(汤森电离系数)，则可推知n0个自由电子在由阴极向阳极运动中经过距离n后将增加到n0ead，而每个电子产生的正离子－电子对数为ead-1。正离子在电场作用下向阴极运动，设每个正离子撞击阴极时引起的电子发射（称二次电子发射）的概率为r，则n0个自由电子引起电离后产生的二次电子数为rn0(ead-1)。要使放电持续不断，则需使rn0(ead-1)=n0或r(ead-1)=1，这就是汤森自持放电的条件，又称汤森判别式。

对于不同间隙介质都有不同的临界击穿电场强度Ec（大气中约30kV·cm-1）。间隙中的电场E低于Ec时，间隙不会击穿。在汤森判别式中，电离系数α 随外加电场强度E的增强而增大，因此电子的电离效应也加强。α 值必须足够大才能产生足够的电离次数及离子数，满足自持放电条件使间隙被击穿。实际过程比这要复杂一些，例如间隙中空间电荷的积累会引起电场畸变；阴极表面还存在光电发射和其他粒子轰击阴极表面的过程；间隙气体中还有光电离和电附着作用等。虽然自持放电包括的过程比较复杂，但判别式的形式仍是


其中rm为包括了各种阴极表面过程的二次电子发射概率，μ为气体吸收系数。利用高速示波器可以测出放电发展过程中的电流变化。电流的周期性变化说明间隙中电离、阴极发射电子等一次次的循环。不满足自持条件时的放电，电流逐步减为零，此时间隙中气体未击穿，仍保持绝缘状态。汤森理论只适用于气压比较低、气压与极距的乘积(Pn)比较小的情况。