高电压技术,第一章第2节_电子崩.ppt

第二节 电子崩Ø电子崩(electron avalanche)的形成过程 Ø碰撞电离和电子崩引起的电流 Ø碰撞电离系数n n气体放电的现象与发展规律与气体种类、气压大小、气隙中的电场型式、电源容量等一系列因素有关n n 但无论何种气体放电都一定有一个电子碰撞电离导致电子崩的阶段，它在所加电压达到一定数值时出现n n各种高能辐射线（外界电离因子）引起：n n阴极表面光电离 n n气体中的空间光电离n n因此：空气中存在一定浓度的带电离子n n解释气体放电机制的最早理论由英国物理学家J.S.E.汤逊于1903年提出汤逊在实验中发现，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，间隙被击穿汤逊用气体电离的概念解释这一现象n n汤逊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图1-3表示实验所得平板电极(均匀电场)气体中的电流I与所加电压的关系：即伏安特性Ø在曲线 段， 随 的提高而增大，这是由于电极空间的带电粒子向电极运动加速而导致复合数的减少所致Ø当电压接近 时，电流趋向于饱和值 ，因为这时外界电离因子所产生的带电粒子几乎能全部抵达电极，所以电流值仅取决于电离因子的强弱而与所加电压无关。

Ø当电压提高到 时，电流又开始随电压的升高而增大，这是由于气隙中出现碰撞电离和电子崩一 电子崩的形成 外界电离因子在阴极附近产生了一个初始电子，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电离，产生一个新的电子，初始电子和新电子继续向阳极运动，又会引起新的碰撞电离，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 E负极负极负极负极正极正极正极正极电子崩电子崩初始电子初始电子碰撞电离碰撞电离电子倍增电子倍增碰撞电离碰撞电离电子崩电子崩 崩头崩头崩尾崩尾二 电子崩形成的电流 为了分析碰撞电离和电子崩引起的电流，引入： 电子碰撞电离系数 表示一个电子沿电场方向运动1cm的行程 所完成的碰撞电离次数平均值 如图1-5为平板电极气隙，板内电场均匀，设外界电离因子每秒钟使阴极表面发射出来的初始电子数为n0 由于碰撞电离和电子崩的结果，在它们到达x处时，电子数已增加为n，这n个电子在dx的距离中又会产生dn个新电子根据碰撞电离系数 的定义，可得：分离变量并积分之，可得： 对于均匀电场来说，气隙中各点的电场强度相同， 值不随x而变化，所以上式可写成：抵达阳极的电子数应为：(1-7)途中新增加的电子数或正离子数应为：(1-8) 将式(1-7)的等号两侧乘以电子的电荷 ，即得电流关系式：(1-9)式(1-9)中， 式(1-9) 表明：虽然电子崩电流按指数规律随极间距离d而增大，但这时放电还不能自持，因为一旦除去外界电离因子(令 )， 即变为零。

三 碰撞电离系数 设电子平均自由行程为 ，电子运动1cm距离内将与气体分子发生 次碰撞 只有电子积累的动能大于分子电离能 时,才产生电离，此时分子至少运动的距离为： 由第一节公式，实际自由行程长度等于或大于xi的 概率为 ，所以也就是碰撞电离的概率 根据碰撞电离系数 的定义，即可得出：(1-10) 由第一节公式 内容可知，电子的平均自由长度 与气温 成正比、与气压 成反比，即：当气温 不变时，式(1-10)即可改写为：式中A、B是两个与气体种类有关的常数1-11)由上式不难看出： Ø电场强度E增大时， 急剧增大; Ø 很大或很小时， 都比较小 所以，在高气压和高真空下，气隙不易发生放电现象，具有较高的电气强度Ø高气压时， 很小，单位长度上的碰撞次数很多，但能引起电离的概率很小； Ø低气压和真空时， 很大，总的碰撞次数少，所以 也比较小小 结Ø所有气体放电都有一个电子碰撞电离导致电子崩的阶段； Ø电子崩将产生急剧增大的空间电子流； Ø在高气压和高真空的条件下，气隙都不易发生放电现象本节完)。