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直流輝光放電

直流輝光放電是最常用的一種放電方式，在真空室內(nèi)壓強(qiáng)小于1Pa的條件下，給兩電極間施加電場，當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到50-1000V/cm時(shí)，即可產(chǎn)生等離子體。常見的直流輝光放電實(shí)驗(yàn)原理如圖1-1所示。在玻璃放電管兩端封裝放電電極，放電管內(nèi)建立低氣壓環(huán)境，兩端電極加直流高壓，當(dāng)極間電壓達(dá)到幾百伏時(shí)，放電開始并形成等離子體，放電電流一般為幾百個(gè)毫安培。直流輝光放電的電子溫度約為幾個(gè)電子伏左右，并且電子的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離子溫度，所以稱之為低溫等離子體。直流輝光放電的電子密度約10⁹cm^-3～10¹¹cm^-3，由于粒子在電場作用下直接從一個(gè)極板運(yùn)動(dòng)到另一極板，移動(dòng)距離短，與氣體分子撞擊的機(jī)率很低，因此等離子密度低，且分布不均勻。

在直流輝光放電管中，按照放電區(qū)域粒子的能量、電壓和外部表現(xiàn)的特征，一般可分為四個(gè)區(qū)域：分別是陰極區(qū)、過渡區(qū)、正柱區(qū)和陽極區(qū)。從圖1-1可以看出，在陰極區(qū)，電場的分布是不均勻的，陰極區(qū)的光層可劃分成阿斯頓暗區(qū)、陰極輝區(qū)和陰極暗區(qū)（克洛克斯暗區(qū)）；過渡區(qū)介于陰極區(qū)和正柱區(qū)之間，又可細(xì)分為兩個(gè)區(qū)：負(fù)輝區(qū)和法拉第暗區(qū)，其中負(fù)輝區(qū)是放電空間光強(qiáng)最強(qiáng)的區(qū)域，也是正負(fù)電荷濃度最大而且最接近的區(qū)域，所以稱為等離子體區(qū)域；過渡區(qū)后就是正柱區(qū)，正柱區(qū)的長度是由放電管的極間間距決定的，正柱區(qū)均勻放電時(shí)，電場分布是均勻的，如電荷濃度、電位梯度等沿軸向都是均勻分布的。陽極區(qū)不是放電的主要區(qū)域，其作用僅僅是保證陽極接受到足夠的電子而形成電流，在接近陽極處，電子受陽極吸引加速運(yùn)動(dòng)，而離子則被排斥。

圖1-1 直流輝光放電裝置示意圖

直流輝光放電裝置簡單，容易實(shí)現(xiàn)，工業(yè)應(yīng)用廣泛。其缺點(diǎn)主要有三點(diǎn)：一是粒子受電場作用在電極間運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)行程短，與氣體分子發(fā)生碰撞的機(jī)率小，氣體的電離度不高，等離子密度低；二是等離子的能量大部分轉(zhuǎn)化成了溫升，能量轉(zhuǎn)換效率不高；三是由于電極（陽極）位于真空室內(nèi)，持續(xù)受到電子的高速轟擊，電極消耗過快，壽命較短，同時(shí)極板在電子轟擊時(shí)容易發(fā)生二次濺射，會(huì)對(duì)被處理的零件造成污染，因此只適合于要求較低的工業(yè)處理中應(yīng)用。