[文章導(dǎo)讀] ①等離子發(fā)生器暗電流區(qū) 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(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，在陽極附近才出現(xiàn)很薄的發(fā)光層。
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，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（圖 1）中兩條相應(yīng)于電阻R1、R2的下降直線和放電特性曲線的交點(diǎn)(工作點(diǎn)A、B、C)確定的。
①等離子發(fā)生器暗電流區(qū) 電子在電場加速的情況下，獲得足夠能量，通過與中性分子碰撞，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，在陽極附近才出現(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，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，這些電子在電場作用下向陽極方向加速運(yùn)動。陰極附近有一個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(這是沒有氣體對流時的情況)。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)生器在陽極附近有一個幾毫米厚的陽極位降區(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 10安且氣體壓力也較高時，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）或場致發(fā)射（冷陰極）的機(jī)理，發(fā)出電子。在陽極也有"陽極斑點(diǎn)"。由于電子帶著本身的動能進(jìn)入陽極，進(jìn)入時又放出相當(dāng)于逸出功的能量，再加上陽極位降區(qū)的發(fā)熱量，使陽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極位降區(qū)電位降總共不過一二十伏，中間是正柱區(qū)。
弧柱中熱量的散失主要依靠熱傳導(dǎo)、對流和輻射。在定常、軸對稱、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磁流體力學(xué)基本方程組進(jìn)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(fā)生器往往存在著磁流體力學(xué)效應(yīng)。外加磁場或自身磁場較強(qiáng)時,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。電弧在垂直磁場作用下所作的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可使氣體加熱得更為均勻，并使弧根在電極上高速運(yùn)動，從而減少電極燒損，還對電弧的穩(wěn)定有明顯影響。等離子體發(fā)生器自身磁場對電弧有箍縮作用，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。在陰極附近，由于電流密度很大，相應(yīng)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(qū)向正柱區(qū)流動，形成陰極射流，其流速可達(dá)到100米/秒左右。在陽極斑點(diǎn)附近也存在著同樣機(jī)理的陽極射流。
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，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(fā)生器高頻電場使電子往復(fù)運(yùn)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(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)動變?yōu)闊o規(guī)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(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為外加電場的頻率。
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