[文章導(dǎo)讀] ①等離子發(fā)生器暗電流區(qū)　電子在電場(chǎng)加速的情況下，獲得足夠能量，通過(guò)與中性分子碰撞，新產(chǎn)生的電子數(shù)迅速增加，等離子體發(fā)生器電流增大到10～10-安時(shí)，在陽(yáng)極附近才出現(xiàn)很薄的發(fā)光層。

等離子發(fā)生器類(lèi)型

等離子發(fā)生器直流放電

通常指低頻放電，在氣壓和電流范圍不同時(shí)，等離子體發(fā)生器由于氣體中電子數(shù)、碰撞頻率、粒子擴(kuò)散和熱量傳遞速度不同，會(huì)出現(xiàn)暗電流區(qū)、輝光放電區(qū)和弧光放電區(qū)（圖 1）。等離子發(fā)生器電流的大小是根據(jù)電源負(fù)載特性曲線(xiàn)（圖 1）中兩條相應(yīng)于電阻R1、R2的下降直線(xiàn)和放電特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)(工作點(diǎn)A、B、C)確定的。

①等離子發(fā)生器暗電流區(qū)　電子在電場(chǎng)加速的情況下，獲得足夠能量，通過(guò)與中性分子碰撞，新產(chǎn)生的電子數(shù)迅速增加，等離子體發(fā)生器電流增大到10～10-安時(shí)，在陽(yáng)極附近才出現(xiàn)很薄的發(fā)光層。

②等離子發(fā)生器輝光放電區(qū)　等離子體發(fā)生器電流再增大（10～10安）時(shí)，在較低的氣壓條件下，陰極受到快速離子的轟擊而發(fā)射電子，這些電子在電場(chǎng)作用下向陽(yáng)極方向加速運(yùn)動(dòng)。陰極附近有一個(gè)電位差很大的陰極位降區(qū)。等離子體發(fā)生器電極之間的中間部分是電位梯度不很大的正柱區(qū)，其中的介質(zhì)是非平衡等離子體。正柱區(qū)的電子和離子以同一速度向壁面擴(kuò)散，并在壁面復(fù)合，放出能量(這是沒(méi)有氣體對(duì)流時(shí)的情況)。經(jīng)典理論中電子密度在橫截面上的分布是貝塞耳函數(shù)的形式。等離子體發(fā)生器在陽(yáng)極附近有一個(gè)幾毫米厚的陽(yáng)極位降區(qū)，其中的電位差與氣體電離電位的數(shù)值大致相等。

③等離子發(fā)生器弧光放電區(qū)　當(dāng)電流超過(guò) 10安且氣體壓力也較高時(shí)，正柱區(qū)產(chǎn)生的焦耳熱大于粒子擴(kuò)散帶到壁面的熱量,使正柱區(qū)中心部分溫度升高,氣體電導(dǎo)率增加，等離子體發(fā)生器以致電流向正柱區(qū)中心集中，形成不穩(wěn)定的收縮現(xiàn)象。最后，導(dǎo)電正柱縮成一根溫度很高、電流密度很大的電弧，這就是弧光放電。在陰極,電流密度達(dá)10～10安/厘米，形成"陰極斑點(diǎn)"，根據(jù)熱電子發(fā)射（熱陰極）或場(chǎng)致發(fā)射（冷陰極）的機(jī)理，發(fā)出電子。在陽(yáng)極也有"陽(yáng)極斑點(diǎn)"。由于電子帶著本身的動(dòng)能進(jìn)入陽(yáng)極，進(jìn)入時(shí)又放出相當(dāng)于逸出功的能量，再加上陽(yáng)極位降區(qū)的發(fā)熱量，使陽(yáng)極加熱比陰極大得多。等離子體發(fā)生器弧光放電的陰極和陽(yáng)極位降區(qū)電位降總共不過(guò)一二十伏，中間是正柱區(qū)。

弧柱中熱量的散失主要依靠熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。在定常、軸對(duì)稱(chēng)、洛倫茲力和軸向熱傳導(dǎo)可忽略，以及氣體壓力和軸向電場(chǎng)在橫截面上呈均勻分布的條件下，等離子體發(fā)生器根據(jù)氣體性質(zhì)參數(shù)和管道的幾何形狀對(duì)磁流體力學(xué)基本方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以算出管道中氣流速度和溫度分布以及電弧各參量。

電弧中電流密度高，等離子體發(fā)生器往往存在著磁流體力學(xué)效應(yīng)。外加磁場(chǎng)或自身磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí),電弧受到洛倫茲力J×B(J是電流密度,B是磁感應(yīng)強(qiáng)度）的作用。電弧在垂直磁場(chǎng)作用下所作的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可使氣體加熱得更為均勻，并使弧根在電極上高速運(yùn)動(dòng)，從而減少電極燒損，還對(duì)電弧的穩(wěn)定有明顯影響。等離子體發(fā)生器自身磁場(chǎng)對(duì)電弧有箍縮作用，產(chǎn)生的磁壓(Pm=B/2μe，式中μe為磁導(dǎo)率)梯度能導(dǎo)致氣體的宏觀流動(dòng)。在陰極附近，由于電流密度很大，相應(yīng)的磁壓較高。離開(kāi)陰極后，電弧截面加大，磁壓沿軸向降低，引起氣體由陰極區(qū)向正柱區(qū)流動(dòng)，形成陰極射流，其流速可達(dá)到100米/秒左右。在陽(yáng)極斑點(diǎn)附近也存在著同樣機(jī)理的陽(yáng)極射流。

等離子發(fā)生器交流放電

等離子發(fā)生器通常指工頻和高頻放電。工頻放電時(shí)，陰、陽(yáng)極以工頻交替變化，其放電特性與直流放電有類(lèi)似之處。高頻放電時(shí)，電子仍是從電場(chǎng)取得能量的主要粒子。等離子體發(fā)生器高頻電場(chǎng)使電子往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中，電子與分子碰撞并把能量傳給分子，使氣體溫度升高，或產(chǎn)生激發(fā)、離解與電離現(xiàn)象。等離子體發(fā)生器碰撞后的電子運(yùn)動(dòng)變?yōu)闊o(wú)規(guī)律的，在電場(chǎng)作用下又按照電場(chǎng)力的方向加速，這樣不斷地把能量從電場(chǎng)傳給氣體。等離子體發(fā)生器在高頻放電中，每單位體積氣體中輸入功率的平均值圴為：

式中n為電子密度；e為電子電荷；Ee為高頻電場(chǎng)強(qiáng)度的幅值;m為電子質(zhì)量;vo為碰撞頻率；ω為外加電場(chǎng)的頻率。

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