大气压气体中电子碰撞电离系数的测量

电子碰撞电离系数是气体放电中最重要的物理参数，但该系数的数据都是在低气压气体汤森放电实验中测量得到的，它不适用于大气压下气体放电。针对这种状况，本申请根据项目组前期的研究结果，提出了一种大气压气体中电子碰撞电离系数的测量方法，它是借助介质阻挡电极结构，在一些气体中产生大气压下瞬态甚至稳态汤森放电，利用高速ICCD相机的纳秒曝光功能，拍摄气体间隙中的瞬态光强空间分布，进而推导出电子碰撞电离系数。本申请将对该测量方法进行深入研究和进一步完善，在此基础上，对一些大气压气体的电子碰撞电离系数作系统、完整的测定。项目的完成将对促进气体放电研究有重要意义。

完成了项目申请书的研究计划，取得了如下的研究成果：.研究了大气压氖气介质阻挡放电的演化过程以及击穿特性，证实了其放电和氦气放电非常相似，都是从汤森放电开始，以亚正常辉光放电结束。.对大气压氦气、氖气和氩气介质阻挡放电进行了实验比较，结果表明在这三种气体中实现大气压下均匀放电的难易程度存在明显的差别，前两者容易，后者很难。同时，这三种气体的击穿场强也存在明显差别，前两者很低，后者较高。将上述差别和这三种气体的亚稳态能级高低以及放电光谱差异结合起来考虑，可以得到结论：氦气或氖气亚稳态原子的彭宁电离对于大气压均匀放电的形成起着决定性的作用。.对于惰性气体介质阻挡放电，除了均匀放电和细丝放电这两种模式之外，在较短（1~2mm）气隙中还存在第三种放电模式，即所谓的斑图放电。利用楔形气隙，通过改变电场和气压，研究了斑图放电和均匀放电之间的转换规律，提出了约化电场E/p的大小决定了放电是斑图放电还是均匀放电。.均匀放电和斑图放电的电流波形非常相似，它们既可以是单脉冲放电，也可以是多脉冲放电。实验和电路模拟结果表明：只要外加电压足够高，介质阻挡气隙就有可能多次击穿而产生多脉冲放电现象。因此，以单脉冲放电作为均匀放电的判据是错误的。.选择厚度为4mm的陶瓷片作为阻挡介质，首次在大气压空气较长气隙（3~ 4mm）中实现了汤森放电。研究表明：正确地选择阻挡介质的材料和厚度对均匀放电的形成是至关重要的。厚度合适的阻挡介质意味着大小合适的等效电容，它的“限制电流”作用使得放电恰到好处地停留在汤森放电，而没有发展到丝状放电（流注）。材料合适的阻挡介质意味着合适的表面“浅位阱”特性，它能够给放电提供大量的种子电子，使气隙在低电场下击穿，有利于均匀放电的形成。.借助大气压介质阻挡汤森放电，采用“大气压介质阻挡汤森放电光强法”，首次在大气压下测量了氦气、氖气、空气和氮气的电子碰撞电离系数。比较和分析了相同约化电场下我们和他人的α系数测量结果，解释和说明了气体纯度对α系数测量结果的重要影响。对于氦气和氖气，彭宁电离对α系数有重要的贡献，这使得α系数随气体纯度的降低而增大。对于氮气，电子在电负性气体上的附着，这使得α系数随气体纯度的降低而减小。