气体放电的现象及应用

在现实生活中我们会遇到很多气体放电的现象，有的时候我们会觉得不可思议，其实这些现象都是能用科学来解释的。科学家们通过对他们的研究，把这些现象的原理应用在我们的生活中，给我们带来了很多益处，在经过科学家的进一步研究后将会给我们带来更大的益处。那么什么是气体放电呢？它发生的形式及现象又是什么呢？我们将如何应用呢？

干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体。这时如在气体中安置两个电极并加上电压，气体在强电场作用下，少量初始带电粒子与气体原子（或分子）相互碰撞，当碰撞能量足够大时，会使束缚电子脱离气体原子而成为自由电子。逸出电子后的原子成为正离子，使气体中的带电粒子增殖，这时有电流通过气体，这个现象称为气体放电。

气体放电的形式和现象是多种多样，视气体所处条件而定。其影响因素有：①所加电压的幅值及波形，如直流电压、交流电压、脉冲电压(模拟雷闪)等。②通过电流的大小，如计数管中的电流（微安级），冲击大电流（兆安级）。③所加电压的频率，如直流电压、工频电压等。④气体的压力，从10-4帕的真空直至几兆帕的高气压。不同气压下，气体击穿的物理过程各异。⑤电极形状，它决定电场的分布，众而影响带电粒子的运动。⑥容器与电极材料，高气压与高真空的气体击穿会受电极材料及表面状态的影响。⑦气体的性质，如负电性气体可以提高气体的击穿电压。依气体压力、施加电压、电极形状、电源频率的不同，气体放电有多种多样的形式。主要的形式有暗放电、辉光放电、电弧放电、电晕放电、火花放电、高频放电等。

辉光放电各区域中最早被利用的是正柱区。正柱区的发光和长度可无限延伸的性质被利用于制作霓虹灯。作为指示用的氖管、数字显示管，以及一些保护用的放电管，也是利用辉光放电。在气体激光器中，毛细管放电的正柱区是获得激光的基本条件。近代微电子技术中的等离子体涂覆、等离子体刻蚀，也是利用辉光放电过程。从正柱区的研究发展起来的等离子体物理，对核聚变、等离子体推进、电磁流体发电等尖端科学技术有重要意义。辉光放电中的负辉区，由于电子能量分布比正柱区的为宽，近年来被成功地用于制作白光激光器。碳极电弧是最早的强光光源。各种高气压放电灯如高气压汞灯、氙灯、钠灯，是在管泡内进行电弧放电的光源。电弧焊接、电弧切割在工业上有广泛应用；电弧的高温可作为电炉的热源。火花放电使电极材料受到严重的烧蚀，利用这一现象制成的电火花加工设备，能对金属进行切割、抛光等加工。火花放电时，不仅击穿气体，还能击穿其通路上的薄片绝缘材料，电火花打孔的加工技术就是利用这一现象的。依据火花放电现象制成的触发管和火花放电器，常用于脉冲调制电路中。

气体放电有许多效应，如导电效应，光效应，热效应，力学效应，化学效应等。在电力系统及电工制造业中，研究气体放电主要是为了改进气体绝缘性能，防止气体放电的破坏作用以及对环境的电磁干扰，如研究雷闪放电，长间隙放电，污秽表面放电，负电性气体放电，电晕放电等。同时还研究电弧放电，以改善断路器等设备切断电流的能力。利用气体放电的光效应可以制造各种电光源。在磁场作用下，很强的电磁力（洛伦兹力）会使电离气体加速到每秒数百公里的高速度，电磁激波管就是这种力学效应应用的例子。高密度的电离气体通过大电流时，气体可以被加热到几万K，气体加热器就是利用这种热效应产生高温气体。利用电晕放电可以制造电除尖器，还可以产生臭氧(O3)净化水源，这成为改善环境的重要技术手段之一。

20世纪以来，高电压输电的发展，成了研究气体放电的强大推动力。电晕、电火花、电弧、长间隙击穿、雷闪等放电现象及理论和试验研究都有重要进展，这些成果，对于实现超高压输电起了重要作用。另一方面，气体放电又进一步发展成为研究气体激光器以及等离子体技术的手段，为电能的开发，转换利用开拓了新的领域。随着人们的研究，气体放电将能过更好的服务于人类。人类社会也会因为这一领域的发展而更加繁荣。

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