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        等離子發生器氣體放電分為直流放電和交流放電

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        瀏覽:- 發布日期:2018-03-28 08:41:50【

        [文章導讀] ①等離子發生器暗電流區 電子在電場加速的情況下,獲得足夠能量,通過與中性分子碰撞,新產生的電子數迅速增加,等離子體發生器電流增大到10~10-安時,在陽極附近才出現很薄的發光層。

        等離子發生器類型

        等離子發生器直流放電

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


        等離子發生器

        ①等離子發生器暗電流區 電子在電場加速的情況下,獲得足夠能量,通過與中性分子碰撞,新產生的電子數迅速增加,等離子體發生器電流增大到1010-安時,在陽極附近才出現很薄的發光層。

        ②等離子發生器輝光放電區 等離子體發生器電流再增大(1010安)時,在較低的氣壓條件下,陰極受到快速離子的轟擊而發射電子,這些電子在電場作用下向陽極方向加速運動。陰極附近有一個電位差很大的陰極位降區。等離子體發生器電極之間的中間部分是電位梯度不很大的正柱區,其中的介質是非平衡等離子體。正柱區的電子和離子以同一速度向壁面擴散,并在壁面復合,放出能量(這是沒有氣體對流時的情況)。經典理論中電子密度在橫截面上的分布是貝塞耳函數的形式。等離子體發生器在陽極附近有一個幾毫米厚的陽極位降區,其中的電位差與氣體電離電位的數值大致相等。


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        ③等離子發生器弧光放電區 當電流超過 10安且氣體壓力也較高時,正柱區產生的焦耳熱大于粒子擴散帶到壁面的熱量,使正柱區中心部分溫度升高,氣體電導率增加,等離子體發生器以致電流向正柱區中心集中,形成不穩定的收縮現象。最后,導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1010/厘米,形成"陰極斑點",根據熱電子發射(熱陰極)或場致發射(冷陰極)的機理,發出電子。在陽極也有"陽極斑點"。由于電子帶著本身的動能進入陽極,進入時又放出相當于逸出功的能量,再加上陽極位降區的發熱量,使陽極加熱比陰極大得多。等離子體發生器弧光放電的陰極和陽極位降區電位降總共不過一二十伏,中間是正柱區。


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        弧柱中熱量的散失主要依靠熱傳導、對流和輻射。在定常、軸對稱、洛倫茲力和軸向熱傳導可忽略,以及氣體壓力和軸向電場在橫截面上呈均勻分布的條件下,等離子體發生器根據氣體性質參數和管道的幾何形狀對磁流體力學基本方程組進行簡化,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,等離子體發生器往往存在著磁流體力學效應。外加磁場或自身磁場較強時,電弧受到洛倫茲力J×B(J是電流密度,B是磁感應強度)的作用。電弧在垂直磁場作用下所作的旋轉運動,可使氣體加熱得更為均勻,并使弧根在電極上高速運動,從而減少電極燒損,還對電弧的穩定有明顯影響。等離子體發生器自身磁場對電弧有箍縮作用,產生的磁壓(Pm=B/2μe,式中μe為磁導率)梯度能導致氣體的宏觀流動。在陰極附近,由于電流密度很大,相應的磁壓較高。離開陰極后,電弧截面加大,磁壓沿軸向降低,引起氣體由陰極區向正柱區流動,形成陰極射流,其流速可達到100/秒左右。在陽極斑點附近也存在著同樣機理的陽極射流。

         

         

        圖片1

        等離子發生器交流放電

        等離子發生器通常指工頻和高頻放電。工頻放電時,陰、陽極以工頻交替變化,其放電特性與直流放電有類似之處。高頻放電時,電子仍是從電場取得能量的主要粒子。等離子體發生器高頻電場使電子往復運動,在此過程中,電子與分子碰撞并把能量傳給分子,使氣體溫度升高,或產生激發、離解與電離現象。等離子體發生器碰撞后的電子運動變為無規律的,在電場作用下又按照電場力的方向加速,這樣不斷地把能量從電場傳給氣體。等離子體發生器在高頻放電中,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為高頻電場強度的幅值;m為電子質量;vo為碰撞頻率;ω為外加電場的頻率。

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