電暈,有時稱為單極放電,發(fā)生在處于電擊穿點之前的電氣上受壓狀態(tài)的氣體在尖端、邊緣或絲附近的高電場區(qū),是湯森暗放電的一個特征現(xiàn)象。在電極周圍產(chǎn)生暗輝光,稱為電暈放電。

電暈放電電壓降比輝光放電大(千伏數(shù)量級),但是放電電流較小(微安數(shù)量級),往往發(fā)生在電極間電場分布不均勻的條件下(若電場分布均勻,放電電流又大,則發(fā)生輝光放電)。電暈放電中,電極的幾何形狀起重要作用。電場的不均勻性把主要的電離過程局限于局部電場很高的電極附近,特別是發(fā)生在曲率半徑很小的電極附近,氣體的發(fā)光也只發(fā)生在這個區(qū)域,稱為電離區(qū),或叫電暈層或起暈層。形成電暈所需電場不均勻的程度與氣體的種類有很大關(guān)系。電暈放電的電流強度取決于加在電極之間的電壓大小,電極形狀,極間距離、氣體性質(zhì)和密度等。電暈放電的電壓降不取決于外電路中的電阻,而是取決于放電遷移區(qū)(電離區(qū)之外的區(qū)域)的電導(dǎo)。電暈放電的極性取決于具有小曲率半徑的電極的極性,如果小曲率半徑電極帶正電位,發(fā)生電暈稱為正電暈,反之為負電暈。按所加電壓類型可將電暈放電分為直流電暈,交流電暈和高頻電暈。

電暈放電原理分析

電暈放電有很多重要的工業(yè)應(yīng)用,但也有許多有害效應(yīng),因此我們需要從理論上對其產(chǎn)生的條件,原理進行了解。產(chǎn)生電暈放電的條件:氣體壓強高(一般在一個大氣壓以上),電場分布很不均勻,并有幾千伏以上的電壓加到電極上。一個電極或兩個電極的曲率半徑很小,就會形成不均勻的電場。因此,細的尖端與平面、點與點、金屬絲與同軸圓筒兩條平行電導(dǎo)線之間以及同軸電纜內(nèi)部都會形成不均勻電場,在這些電極之間都有可能形成電暈。電暈放電是一種自持放電,在具有強電場的電極表面附近有強烈的激發(fā)和電離,并伴有明顯的亮光，此處稱為電暈層。在電暈層外,由于電場強度低,不足以引起電離,故呈現(xiàn)暗區(qū)，稱為電暈外區(qū)。產(chǎn)生電暈的電壓稱為起暈電壓。電暈放電有以下幾種不同形式,它主要依賴于電場的極性與電極的幾何形狀,對于針一板電極產(chǎn)生的正電暈經(jīng)歷這三個過程,如圖所示。電暈初始階段,在平板電極對應(yīng)的針狀電極上加有正電壓,這時的放電是空氣中的大氣壓電暈放電。電極間距為數(shù)厘米加上約2000V的電壓后,針尖便被薄薄的發(fā)光的膜所覆蓋,電極間僅有數(shù)微安的微電流,這種放電叫輝光電暈(膜伏電暈)。增大電壓,發(fā)光部分向平均板電極方向伸展,形成刷狀電暈,這種電暈放電是處于肉眼無法判斷的不穩(wěn)定的閃爍狀態(tài)。再進一步增大電壓,從針尖伸展出來的發(fā)光部分便會觸及平極電極,并分成許多線狀的發(fā)光部分,它們均處于不停的閃爍狀態(tài)。稱為流注電暈。繼續(xù)增大電壓,放電會呈現(xiàn)出各種形態(tài),最終達到大電流穩(wěn)定流動的火花放電(sparkdis-charge)狀態(tài)。而對于同樣幾何形狀的負電暈,起火形式為特里切爾(Trichel)脈沖電暈,然后在同樣的條件下可轉(zhuǎn)化為無脈沖電暈和火花放電。

電暈放電的不同方式圖

( a）爆發(fā)式脈沖電暈;(b)流光電暈;(c)輝光電暈;(d)火花放電;(e）特里切爾(Trichel)脈沖電暈;(f）無脈沖電暈;(g）火花放電。

交流電暈則有不同放電形式和發(fā)展方向,交流放電是指在交變電壓條件下，曲率半徑大的電極附近交替出現(xiàn)正電暈和負電暈。它會產(chǎn)生無線電頻率的電磁波和顯著噪聲。

不同的電暈放電類型對等離子體的產(chǎn)生有很大影響,有必要探討電暈放電機理和特點。

正、負電暈在本質(zhì)上有很大區(qū)別,從其形貌就明顯表現(xiàn)出來。一般用湯森放電理論可以說明負電暈的形成機理,認為在針狀陰極電暈發(fā)光區(qū)內(nèi)存在較強的電離與激發(fā),電流密度大,而負電暈的外圍只存在單一的帶負電的粒子。而正電暈通常用流柱理論解釋其物理過程,主要由于電暈層內(nèi)強電場中激發(fā)粒子的光輻射產(chǎn)生電子即光致電離,所形成的電子在電暈層中引起雪崩放電,產(chǎn)生大量激發(fā)和電離,最后電子被陽極收集,正離子經(jīng)過電暈層,進入電暈外圍向陰極遷移。

標簽：電暈 、