等离子体电子学讲稿

等离子体电子学讲稿第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期五3虚火花放电器件3.1简介

1952年,德国J.Christiansen在研究射线计数器时发现在计数器中的平行板放电系统中,在帕邢曲线最小点附近,平板电极边缘附近常产生反常的火花使计数器失效,该类放电与普通火花放电不同,因而被命名为虚火花放电,1978年他重新对其进行了研究,并在放电电极中引入开孔,研究表明虚火花放电具有一系列独特的优点,可形成一类新型低压气体放电装置。第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期五

两平板之间的击穿电压取决于电极间距d与间隙气压p的乘积。使用特殊几何形状的电极，可以在帕邢曲线低谷(pd~103Pa.mm)和真空放电(pd＜0.1Pa·mm)之间获得一种新的放电形式(虚火花放电)。这种放电与帕邢曲线右部的高气压放电有类似之处，但其机理又与高气压放电不同。虚火花放电间隙基本结构如图所示,它由两个在中心开有小孔(直径为3～5ｍｍ)的圆柱形空心电极和位于空心阴极内部(或后面)的触发单元(触发器)构成,两个电极中间以环状绝缘子支撑,电极间距3～5ｍｍ,整个装置充以Ｈ2、Ｎ2、Ｈｅ或干燥空气,气体压力为1～100Ｐａ的粗真空.虚火花放电具有大电流密度和快速的电流上升陡度,当电压很高时,须采用多级结构。第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期五单级放电系统第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期五多级放电系统第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期五3.2虚火花放电的基本过程第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五(1)预放电阶段,放电沿极间最长路径发生,具有汤逊放电的特点。(2)空心阴极阶段,当预放电产生的正空间电荷在阴极孔附近达到某一临界值时,引起电场畸变导致空心阴极放电,出现径向电流分量。随着电位的增大,在阴极孔附近的中心区出现密集辉光放电,电流可达1kA左右。(3)主放电阶段,空心阴极阶段后的放电过程转入主放电阶段,此时电子的发射从空心阴极中等离子体转为阴极表面的场致发射,电流可达约100kA。(4)介质恢复阶段。第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期五第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期五3.3虚火花放电的特点(1)放电电流上升陡度大(可达1012A/s)、放电抖动时间小(几个ns甚至小于1ns)。(2)电极烧蚀小，因而寿命长(106～109次)。(3)介质强度恢复快(重复频率可达数kHz甚至100kHz)等特点,因此是理想的快速闭合开关,可用它取代氢气闸流管和高气压火花开关。与闸流管相比,伪火花开关的优点是尺寸小、启动快、峰值电流大(可达100kA以上。闸流管一般仅10kA),与高气压火花开关相比,伪火花寿命长,这是因为伪火花中电流的导通为辉光放电形式,对电极的烧蚀比火花开关中弧光放电要小得多。第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期五3.4虚火花放电的应用(1)强电流开关表面触发开关第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期五脉冲小电流辉光放电触发开关第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期五光脉冲触发开关第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期五(2)产生强流电子束多级虚火花放电产生强流电子束第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期五虚火花电子束在铜箔上的束斑第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期五虚火花电子束驱动的切伦科夫脉塞第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期五虚火花电子束产生X射线第