气体放电击穿过程（电子崩、巴申理论、汤逊理论、流体理论）

电子崩的形成

外界游离因素（空间辐射，光电离等）在阴极附近产生一个初始电子，若空间电场足够强大，该电子会向阳极运动，引起碰撞电离，产生新的电子（一生二），初始电子和新电子继续往阳极运动，又会引起新的碰撞电离，产生更多新的电子（二生四），以此，电子以指数形式增加（ exp(αd)），类似雪崩发展，急剧增大的电子流被叫做电子崩。
一个电子走完全程到达阳极板电子数增加至 ，增加了 个电子（α为碰撞游离系数，γ为阴极表面游离系数）

巴申定律

巴申定律是在气体温度不变的情况下得出的：U=f(Pd) ，气体间隙击穿电压是气压和间隙距离乘积的函数。
对于气体温度不是恒定的情况，公式为:U=f(δd) , δ为气体相对密度

巴申定律图中，对应于某点的Pd，气体击穿电压有最小值，是因为为了使电子从阴极到阳极行程中发生足够多的碰撞游离，有着相对应的最佳气压和间隙。
当d一定时：
（1）δ ↓ → 自由程↑ → 碰撞次数↓ → 击穿电压↑
（2）δ ↑ → 自由程↓ → 碰撞游离的可能↓ → 击穿电压↑
当P一定时：
（1）d↓ → 碰撞次数↓ → 击穿电压↑
（2）d↑ → 电场↓ → 需增加外电压来维持自持放电场强 → 击穿电压↑
应用：当间隙距离d不变时，增大气压或减小气压至真空，都可以提高气体击穿电压。

非自持放电

需依赖外界游离因素才能维持放电，外界游离因素消失，放电停止。

自持放电

当外电场超过临界值E，电子崩可由外电场作用自行维持和发展。
气体放电自持条件：电压足够大，初始电子崩中的正离子在阴极产生的新电子大于等于初始电子密度n0（即除去外界游离因素放电不会停止），表达试条件为： γ(exp(αd)-1) >= 1

汤逊理论

核心：电离的主要因素是空间碰撞电离；正离子碰撞阴极导致表面放电是自持放电的必要条件。
适用范围：低气压，短间隙，即Pd<27kPa*cm( d<0.26cm)
不足：当Pd较大时，此理论不适用，一些实验现象无法解释：

1. 放电外形：辉光放电，充满整个间隙→大气压：丝状放电
2. 放电时间：大气压下击穿时间比汤逊理论计算击穿时间短的多
3. 阴极材料：大气压下击穿电压与阴极材料无关
   原因是：
   （1）汤逊理论没有考虑游离的空间电荷对电场的畸变作用；
   （2）没有光子在放电过程的作用（空间光游离和阴极表面光游离）
   汤逊理论可以解释Pd较小的原因：电子游离总数不多，产生的局部电场对外电场影响不大，可以忽略。

流柱理论

电子崩中空间电荷对电场的畸变作用
 电子崩头部聚集大部分正离子和全部电子，产生了电场畸变;
 在电场很小的区域，电子和离子浓度最大，有利于完成复合;
 强烈的复合辐射出许多光子，成为引发新的空间光电离辐射源。

正流柱

正流柱（施加电压等于击穿电压）：流柱由阳极（正）向阴极（负）发展

1. （a）外界游离因素引起阴极有少量电子，在电场作用下，电子加速向阳极运动，在运动过程中，会发生碰撞电离，产生更多电子，引起电子崩。
2. （b）当电子崩走完全程以后，电子进入正极板，在正极板附近会遗留浓度较大的正离子，正离子与正极板间场强较弱，而在正离子头部有局部大场强，场强大的地方容易发生激发现象（退激发释放光子），在电场较小的地方容易发生复合反应释放光子。
3. （c）释放的光子会引起光游离，光游离会产生新电子，电子向正极移动，由于电场强，会形成新的电子崩（二次崩），电子向正极移动的过程中，会进入正极附近的正离子区域，不再游离，运动速度慢，容易附着在中性粒子上，形成负离子。
4. （d）正负离子混合形成等离子体区域（即流柱），内部场强弱，电导大。二次崩的电子进去正离子区，与中性粒子形成负离子，正负离子混合形成流柱；二次崩的正离子集中在流柱的前面，加强了靠近负极板端的电场，在高场强下，又有激发反应发生，释放光子，产生新的二次崩。
5. （e）新的二次崩产生的电子往上一个二次崩遗留的正离子区域移动，与中性粒子形成负离子，正负离子混合形成流柱，而产生的正离子集中在流柱的前端，加强局域电场，形成激发。
6. （f）在以上二次崩重复发生的基础上，流柱不断往负极板发展，直至贯穿整个间隙，间隙里填满了带电粒子，整个通道是电导比较大的，无绝缘性。

带电粒子的能量很大，当和气体粒子交换之后，使得间隙之间的温度升高，形成热游离，发展成为火花放电或电弧放电（电源容量足够大）。

负流柱

负流柱（施加电压远大于击穿电压）：流柱由阴极向阳极发展
主崩头部射向前方的光子，在局部强电场作用下迅速产生二次崩，主崩头部电子进入二次崩的正空间电荷区形成向阳极推进的负流注。
主崩头部射向其后方的光子，引起光游离后形成向阴极推进的正流注。

1. （a）当电子崩没有贯穿整个间隙的时候，由于施加电压远大于击穿电压，已经开始产生光子，发生光游离， 在电子崩前后都有发射出光子。
2. （b）电子崩前端射出的光子，产生的电子在外电场作用下继续向正极板运动，引起新的电子崩，新的电子崩形成的正离子就会停留在原位置，以比较慢的速度向负极板走，而原来的电子崩形成的电子会向此正离子区域运动，此时电场不强，电子与中性粒子结合形成负离子，正负离子混合形成等离子体区域（负流柱）。而往后发射的光子，也会形成光游离，形成新的电子崩，这个电子崩产生的电子在外电场作用下往正极运动，进入主电子崩的正离子区域，形成负离子，而产生的正离子会加强与负极板之间的电场，又会形成新的电子崩，继续往负极板发展，形成正流柱。
3. （c）二次崩最前端的电子和正离子，正离子使得二次崩与正极板间的电场减弱，放电就会停止，停止后得等往后的正流柱通道导通后，加强前方的电场，使得继续放电往前发展，直至贯穿整个通道。
   流注的特点是电离强度很大和传播速度很快，出现流注后，放电便获得独立继续发展的能力，而不再依赖外界电离因子的作用,可见出现流注的条件也就是自持放电的条件。

总结

汤生放电理论与流注放电理论都认为放电始于起始有效电子通过碰撞游离形成电子崩，但对之后放电发展到自持放电阶段过程的解释是不同的。汤生放电理论认为通过正离子撞击阴极不断从阴极金属表面溢出自由电子来弥补引起的电子碰撞游离所需的有效电子。而流注放电理论则认为形成电子崩后，由于正、负空间电荷对场强的畸变作用导致正、负空间电荷的复合，复合过程所释放的光能又引起光游离，光游离结果所得到的自由电子又引起新的碰撞游离，形成新的电子崩且汇合到最初电子崩中构成流汪通道，而一旦形成沉注，放电就可自己维持。 因此汤生放电理论与流注放电理论最根本的区别在于放电达到自持阶段过程的解释不同，或自持放电的条件不同。汤生放电理论适合于解释低气压、短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象；而流注理论适合于大气压下，非短间隙均匀电场中的气体放电过程和现象。