[科普中国]-电子崩

均匀电场中气体的击穿过程与气体的相对密度δ和极间距离d的乘积δd有关。δd不同时，各种游离过程的强弱不同，空间电荷所起的作用也不同，因而放电的机理不同。汤逊根据均匀电场低气压条件下的放电实验，提出了适合于δd值较小情况下气体放电的电子崩理论（也称为汤逊理论）。后来雷持、米克等人在试验的基础上又提出了适合于肋值较大情况下气体放电的流注理论。这两个理论互相补充，较好地说明了肋在较大范围内的气体放电过程。简单说，电子崩就是电子在气体中发生碰撞电离时的链式反应发展过程。电子崩，是一种电子学学科的一种专有名词。

电子崩的形成1.汤逊理论认为，δd 较小时气体间隙的击穿主要由电子的碰撞游离和正离子撞击阴极表面造

成的表面游离所引起的。

2.电子在气体中发生碰撞电离时的链式反应发展过程。一个电子在电场作用下由阴极向阳极运动时，将与气体原子（或分子）碰撞，如果电场很强、电子的能量足够大时,会发生碰撞电离，使原子分解为正离子和电子,此时空间出现两个电子。这两个电子又分别与两个原子发生碰撞电离，出现4个自由电子。如此进行下去,空间中的自由电子将迅速增加，类似于电子雪崩，故名电子崩。因为离子的质量比电子的质量大10～10量级，电子向前“飞行”时，电离产生的正离子基本没有移动。电子崩头部是电子，留在后部的是正离子，形成正空间电荷。若有n0个初始电子在电场方向行进X距离后,碰撞电离产生的自由电子n将增加到n0e,即n=n0e。α是电子碰撞的电离系数，即一个电子行进单位长度产生的电子数。

电子崩的模型气体放电的电子碰撞电离理论由汤森首先提出,他认为电子碰撞电离作用是气体放电时电流倍增的主要过程.当电场足够强时,由于碰撞电离作用,气体中电子数目迅速增加的过程,形象地称为电子崩,其模型如图1所示.当两个很大的平行平板电极之间的空气间隙仅几个毫米时,可以将其间隙的外加电场Ea看作均匀电场.一个电子崩从阴极出发,沿着z轴方向朝阳极前进.扩散效应使得电子崩头部的电子云呈球状,由于电子漂移速度远远大于离子漂移速度,可以假设电子崩中的电子离开某处后,它们在该处电离产生的离子呆在原处保持不动.因此,可认为电子崩后面的离子分布在一个圆锥体内.由电子和离子产生的空间电荷场强烈畸变了原来的电场分布,电子崩头部出现了大大增强的电场区,它进一步促使该电子崩急剧发展和大量的空间光电离及其二次电子崩,由气体放电理论可知,当空间电荷电场可以与外加电场相比拟时,电极之间会迅速产生一个细电离通道———丝状放电,放电由汤森模式转化为流注模式。1

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