[科普中国]-全电压效应

全电压效应（full-scale voltage effect）是指静电加速器中的加速管总的耐压小于分段加速管耐压之和，即加速管的耐压不随它的长度增加而线性增加，这种现象称为全电压效应。静电加速器中的全电压效应主要来自于加速管内部的“电子负载”。在加速管加电压后，由于某些原因加速管内总会出现少量电子或离子，它们被加速后打到电极上，轰击出较多的次级电子和离子。次级电子和离子又被加速，轰击其他电极又产生更多的电子和离子。当轰击粒子的能量达到某一阈值后，次级电子立即发生雪崩式的增加，进而引起了加速管内不完全击穿。大量的次级电子在加速管内形成反向电子流，经加速管分压电阻产生反向电压，大大抵消了加速管上的正向电压，使整根加速管电压降低。1

简介在高真空条件下，如按气体碰撞电离理论分析，则所得击穿电压将极高，直至趋于无穷大。实际情况当然不是这样，当真空度高于一定值时，击穿电压不再上升，这说明高真空中击穿机理发生了改变。

在间隙长度较大时，阴极与阳极之间存在巨大的电位差，电子在定向运动过程中积聚了极大的动能。当高能电子轰击阳极时，能使阳极释放出正离子及辐射出光子。当正离子及光子到达阴极时，也将加强阴极的表面电离。在此反复过程中，产生越来越大的电子流，使电极局部气化，导致间隙击穿，这就是全电压效应。电极表面如附有微小颗粒，则促进上述过程的发展，使击穿电压降低。

真空击穿研究采用高度真空也可以减弱气隙中的碰撞电离过程而显著提高气隙的击穿电压。如果完全以第一章中所介绍的气体放电理论来解释高真空中的击穿过程，所得出的击穿电压将极高（这时电子穿越极间距离时很难碰撞到中性分子，难以引起足够多的碰撞电离），但是实际情况并非如此，从前面的图2—16可以看到：在极间距离较小时，高真空的电气强度的确很高，甚至可以超过压缩的SF6气体，但在极间距离增大时，电压提高较慢，其电气强度明显低于压缩气体的击穿场强了。

真空击穿研究表明：在极间距离较小时，高真空的击穿与阴极表面的强场发射有关，它所引起的电流会导致电极局部发热而释放出金属气体，使真空度下降而引起击穿；在极间距离较大时，击穿将由所谓“全电压效应”而引起，这时随着极间距离和击穿电压的增大，电子从阴极飞越真空抵达阳极时能积累到很大的动能，这些高能电子轰击阳极表面时会释放出正离子和光子，它们又将加强阴极上的表面电离。这样反复作用会产生出越来越多的电子流，使电极局部气化而导致间隙的击穿，这就是所谓“全电压效应”。正由于此，随着极间距离的增大，平均击穿场强将变得越来越小。真空间隙的击穿电压与电极材料、表面光洁度和洁净度（包括所吸附气体的数量和种类）等多种因素有关，因而分散性很大。

在电力设备中实际采用高真空作为绝缘媒质的情况还不多，主要因为在各种设备的绝缘结构中大都还要采用各种固体或液体介质，它们在真空中都会逐渐释出气体，使高真空难以长期保持。目前高真空仅在真空断路器中得到实际应用，真空不但绝缘性能较好，而且还具有很强的灭弧能力，所以用于配电网中的真空断路器还是很合适的。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所