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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，在真空室內壓強小于1Pa的條件下，給兩電極間施加電場，當電場強度達到50-1000V/cm時，即可產生等離子體。常見的直流輝光放電實驗原理如圖1-1所示。在玻璃放電管兩端封裝放電電極，放電管內建立低氣壓環境，兩端電極加直流高壓，當極間電壓達到幾百伏時，放電開始并形成等離子體，放電電流一般為幾百個毫安培。直流輝光放電的電子溫度約為幾個電子伏左右，并且電子的溫度遠遠大于離子溫度，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極板運動到另一極板，移動距離短，與氣體分子撞擊的機率很低，因此等離子密度低，且分布不均勻。

在直流輝光放電管中，按照放電區域粒子的能量、電壓和外部表現的特征，一般可分為四個區域：分別是陰極區、過渡區、正柱區和陽極區。從圖1-1可以看出，在陰極區，電場的分布是不均勻的，陰極區的光層可劃分成阿斯頓暗區、陰極輝區和陰極暗區（克洛克斯暗區）；過渡區介于陰極區和正柱區之間，又可細分為兩個區：負輝區和法拉第暗區，其中負輝區是放電空間光強最強的區域，也是正負電荷濃度最大而且最接近的區域，所以稱為等離子體區域；過渡區后就是正柱區，正柱區的長度是由放電管的極間間距決定的，正柱區均勻放電時，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。陽極區不是放電的主要區域，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動，而離子則被排斥。
輝光放電模型
圖1-1 直流輝光放電裝置示意圖

直流輝光放電裝置簡單，容易實現，工業應用廣泛。其缺點主要有三點：一是粒子受電場作用在電極間運動，移動行程短，與氣體分子發生碰撞的機率小，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化成了溫升，能量轉換效率不高；三是由于電極（陽極）位于真空室內，持續受到電子的高速轟擊，電極消耗過快，壽命較短，同時極板在電子轟擊時容易發生二次濺射，會對被處理的零件造成污染，因此只適合于要求較低的工業處理中應用。
 
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