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輝光放電（稀薄氣體中的自持放電現(xiàn)象）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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輝光放電

稀薄氣體中的自持放電現(xiàn)象

輝光放電（glow discharge）是指低壓氣體中顯示輝光的氣體放電現(xiàn)象，即是稀薄氣體中的自持放電（自激導(dǎo)電）現(xiàn)象。由法拉第第一個(gè)發(fā)現(xiàn)，它包括亞正常輝光和反常輝光兩個(gè)過渡階段。輝光放電主要應(yīng)用于氖穩(wěn)壓管、氦氖激光器等器件的制造。

基本信息

中文名	輝光放電
外文名	glow discharge
定義	稀薄氣體中的自持放電現(xiàn)象
發(fā)現(xiàn)者	法拉第
性質(zhì)	低壓氣體中顯示輝光的氣體放電現(xiàn)象
應(yīng)用	氖穩(wěn)壓管、氦氖激光器等器件制造

收起

物理原理

輝光放電

低壓氣體中顯示輝光的氣體放電(空氣中的電子大概在1000對(duì)/cm,由于高壓放電現(xiàn)象在低氣壓狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生輝光現(xiàn)象）現(xiàn)象，即是稀薄氣體中的自持放電（自激導(dǎo)電）現(xiàn)象。自持放電所屬現(xiàn)代詞，指的是不依賴外界電離條件，僅由外施電壓作用即可維持的一種氣體放電。在置有板狀電極的玻璃管內(nèi)充入低壓（約幾毫米汞柱）氣體或蒸氣，當(dāng)兩極間電壓較高（約1000伏）時(shí)，稀薄氣體中的殘余正離子在電場(chǎng)中加速，有足夠的動(dòng)能轟擊陰極，產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射過程產(chǎn)生更多的帶電粒子，使氣體導(dǎo)電。輝光放電的特征是電流強(qiáng)度較小（約幾毫安），溫度不高，故電管內(nèi)有特殊的亮區(qū)和暗區(qū)，呈現(xiàn)瑰麗的發(fā)光現(xiàn)象。

放電階段

輝光放電有亞正常輝光和反常輝光兩個(gè)過渡階段，放電的整個(gè)通道由不同亮度的區(qū)間組成，即由陰極表面開始，依次為：①阿斯通暗區(qū)；②陰極光層；③陰極暗區(qū)(克魯克斯暗區(qū))；④負(fù)輝光區(qū)；⑤法拉第暗區(qū)；⑥正柱區(qū);⑦陽極暗區(qū);⑧陽極光層。其中以負(fù)輝光區(qū)、法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)為主體。這些光區(qū)是空間電離過程及電荷分布所造成的結(jié)果，與氣體類別、氣體壓力、電極材料等因素有關(guān)，這些都可以從放電理論上作出解釋。輝光放電時(shí)，在兩個(gè)電極附近聚集了較多的異號(hào)空間電荷，因而形成明顯的電位降落，分別稱為陰極壓降和陽極壓降。陰極壓降又是電極間電位降落的主要成分，在正常輝光放電時(shí)，兩極間的電壓不隨電流變化，即具有穩(wěn)壓的特性。

輝光放電時(shí)，在放電管兩極電場(chǎng)的作用下，電子和正離子分別向陽極、陰極運(yùn)動(dòng)，并堆積在兩極附近形成空間電荷區(qū)

。因正離子的漂移速度遠(yuǎn)小于電子，故正離子空間電荷區(qū)的電荷密度比電子空間電荷區(qū)大得多，使得整個(gè)極間電壓幾乎全部集中在陰極附近的狹窄區(qū)域內(nèi)。這是輝光放電的顯著特征，而且在正常輝光放電時(shí)，兩極間電壓不隨電流變化。

在陰極附近，二次電子發(fā)射產(chǎn)生的電子在較短距離內(nèi)尚未得到足夠的能使氣體分子電離或激發(fā)的動(dòng)能，所以緊接陰極的區(qū)域不發(fā)光。而在陰極輝區(qū)，電子已獲得足夠的能量碰撞氣體分子，使之電離或激發(fā)發(fā)光。其余暗區(qū)和輝區(qū)的形成也主要取決于電子到達(dá)該區(qū)的動(dòng)能以及氣體的壓強(qiáng)（電子與氣體分子的非彈性碰撞會(huì)失去動(dòng)能）。

發(fā)展歷史

1831~1835年,M.法拉第在研究低氣壓放電時(shí)發(fā)現(xiàn)輝光放電現(xiàn)象和法拉第暗區(qū)。1858年,J.普呂克爾在1/100托下研究輝光放電時(shí)發(fā)現(xiàn)了陰極射線，成為19世紀(jì)末粒子輻射和原子物理研究的先驅(qū)。

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