什么是气体放电?

[拼音]：qiti fangdian

[外文]：gaseous discharge

气体中出现带电粒子而形成的各种形式的导电现象。研究气体放电的规律及其应用的技术科学也简称为气体放电。气体在强电场作用下，少量初始带电粒子与气体原子（或分子）相互碰撞，当碰撞能量足够大时，会使束缚电子脱离气体原子而成为自由电子。逸出电子后的原子成为正离子，使气体中的带电粒子增殖，这就是电离现象。此时，气体开始具有一定的导电性。气体中的带电粒子（电子，正、负离子）和中性粒子（原子、分子）所组成的集合体在电场或磁场的作用下表现出多种整体效应。它涉及许多工程技术问题，例如，气体失去绝缘性能而转为导电状态的气体介质击穿问题；电离气体中的复合、聚合、表面作用等问题；产生高温氘核气体，以实现可控热核反应等。

在电磁科学与电工技术的历史发展中，气体放电是其重要组成部分，并且逐步形成为等离子体物理和技术应用等新的科学技术分支。气体放电的研究还促进了原子物理学和无线电电子技术的诞生。

雷闪和极光是自然界的大气放电现象，自古以来就为人们所关注。18世纪中期，B.富兰克林进行了著名的风筝试验，证明了雷闪是空气中的火花放电。以后，人们在电学研究中，陆续发现了电弧放电、辉光放电、爱迪生效应，总结出帕邢定律、汤森理论、流注理论、萨哈公式。20世纪以来，高电压输电的发展，成了研究气体放电的强大推动力。电晕、电火花、电弧、长间隙击穿、雷闪等放电理论和试验研究都有重要进展，这些成果，对于实现超高压输电起了重要作用。

气体放电的基本过程包括气体中带电粒子的产生、运动和消失。它涉及：

（1）电子的碰撞电离。气体中的电子和离子在外加电场作?a href='http://www.baiven.com/baike/224/271348.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>孟禄竦米愎荒芰亢螅朐印⒎肿踊蛑行粤Ｗ臃⑸鲎玻崾拐庑┑缰行缘牧Ｗ邮サ缱佣缋耄獬莆鲎驳缋搿Ｆ宸诺缰校缱拥呐鲎驳缋肫鹱胖饕饔谩ＭǔＲ缘缱友赝饧拥绯》较蛟硕保诘ノ痪嗬肽诜⑸鲎驳缋氪问莆缱优鲎驳缋胂凳?α)。它与外加电场强度(E)和气体压力(P)的关系如图1所示（根据实验数据得出）。

（2）光电离。

（3）热电离（见萨哈公式）。

（4）漂移运动。

（5）扩散。

（6）附着。

（7）复合。

气体放电的形式和特性多种多样，视气体所处条件而定。其影响因素有;①所加电压的幅值及波形，如直流电压、交流电压、脉冲电压(模拟雷闪)等。

（2）通过电流的大小，如计数管中的电流（微安级），冲击大电流（兆安级）。

（3）所加电压的频率，如直流电压、工频电压等。

（4）气体的压力，从10-4帕的真空直至几兆帕的高气压。不同气压下，气体击穿的物理过程各异。

（5）电极形状，它决定电场的分布，众而影响带电粒子的运动。

（6）容器与电极材料，高气压与高真空的气体击穿会受电极材料及表面状态的影响。

（7）气体的性质，如负电性气体可以提高气体的击穿电压。

从电压和电流的关系看，气体放电一般分为两大类：一类是电压高，电流比较小的情况下的放电，这时，电场作用是影响放电的主要因素，如均匀和不均匀电场中气体的击穿;高气压及高真空中的击穿;直流、脉冲及高频电压下的击穿；负电性气体击穿（均见气体介质击穿）；长间隙击穿等。第二类是电压比较低、电流大、气体温度高的放电，此时，磁场有重要作用，如热核聚变及磁流体发电中的等离子体以及其他等离子体炬。

在低气压下，按照电压-电流变化加以区分的典型放电形式和特性如图2所示。

这时的放电可分为：

（1）暗放电，图2中区域Ⅰ。

（2）汤森放电，图2中Ⅱ段所示。

（3）自持放电，图2中Ⅲ段所示。

（4）辉光放电，图2中Ⅳ段所示。

（5）电弧放电，图2中Ⅴ段所示。

此外，还有在较高气压（如大气压）下的放电，如火花放电，高气压下的放电，高真空下的放电。

在实际工程设施中，如高压输电线路、变电所等，电场常常不均匀，这种情况常出现电晕放电。电力设备除承受工频交流电压外，还常受到冲击电压的侵袭（如闪电击中设备引起的高电压）。作用电压不同，放电特性也不同。

气体放电有许多效应，如导电效应，光效应，热效应，力学效应，化学效应等。在电力系统及电工制造业中，研究气体放电主要是为了改进气体绝缘性能，防止气体放电的破坏作用以及对环境的电磁干扰，如研究雷闪放电，长间隙放电，污秽表面放电，负电性气体放电，电晕放电等。同时还研究电弧放电，以改善断路器等设备切断电流的能力。利用气体放电的光效应可以制造各种电光源。在磁场作用下，很强的电磁力（洛伦兹力）会使电离气体加速到每秒数百公里的高速度，电磁激波管就是这种力学效应应用的例子。高密度的电离气体通过大电流时，气体可以被加热到几万K，气体加热器就是利用这种热效应产生高温气体。利用电晕放电可以制造电除尖器，还可以产生臭氧(O3)净化水源，这成为改善环境的重要技术手段之一。60年代以来，气体放电又进一步发展成为研究气体激光器以及等离子体技术的手段，为电能的开发，转换利用开拓了新的领域。

参考文章

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