介质阻挡放电基本特性的研究

气体放电，比如雷电，是一种比较常见的放电现象，但是这种现象产生强电场，不易于实验测量，更有实验价值的是介质阻挡放电，本实验我们一起学习相关的内容。

介质阻挡放电基本特性的研究

• 简介
  • 利用介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge,DBD)在大气压下产生低温等离子体可广泛地应用于臭氧的产生、化学合成、材料表面处理、环境污染治理、高功率CO2激光器、平板显示技术、新能源的开发利用等领域，是目前等离子体研究领域中非常有生命力的一个方向。
  • 对介质阻挡放电基本特性的研究有助于了解低温等离子体的基本概念，并通过对其基本电参数的测量，掌握高压电源的一些基本特点。
• 实验目的
  • (1)了解介质阻挡放电形成低温等离子体的基本过程和原理。
  • (2)测量不同条件下介质阻挡放电的放电电压、电流曲线。
• 实验原理
  • • 典型的介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种气体放电。介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里，这样，当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体，即使在很高气压下也不会被击穿，从而形成所谓的介质阻挡放电。
    • 介质阻挡放电是一种高气压下的非平衡放电。这种放电的击穿和其他放电的相似之处是在外电场作用下电子从电场中获取能量，通过电子与周围原子分子碰撞，电子把自身的能量转移给它们，使它们激发电离，产生电子雪崩。当气体间隙上的外电场电压超过气体的击穿电压时，气体被击穿形成通路，产生极间火花或弧光等现象。可是在介质阻挡放电中，由于电极间介质的存在，限制了放电电流的自由增长，因此也阻止了极间火花或弧光的形成。
    • 在气压为10^5Pa或更高的情况下，气体的击穿会造成大量的电流细丝通道，而每一个通道相当于一个单个击穿或者是流光击穿，这就是形成了所谓的微放电。单个微放电是在放电气体间隙里某一个位置上发生的，同时在其他位置上也会产生另外的微放电。正是由于介质的绝缘性质，这种微放电能够彼此独立地发生在很多位置上。当微放电两端的电压稍小于气体击穿电压时，电流就会截止。在同一位置上只有当电压重新升高到原来的击穿电压数值时才会发生再击穿和在原地产生第二个微放电。可以理解这样就会在放电的一个半周期内出现大量时间短促的电流脉冲群，在整个放电时间和空间内大量微放电是无规则地分布着的，总得来看介质阻挡放电貌似均匀的辉光放电。
• 实验仪器
  • 中频高压电源，介质阻挡放电电极、陶瓷介质，石英介质，示被器、高压探头，电阻箱等。
• 实验内容
  • (1)设计出一套介质阻挡放电的实验系统。
  • (2)观察介质阻挡放电的现象。
  • (3)设计一个测量放电电流的方案，用示波器观察其放电电压和电流曲线。
  • (4)设计并测量得出不同介质、不同放电间距与放电电压、电流的关系曲线。
• 参考资料
  • 徐学基，诸定昌.气体放电物理.上海：复旦大学出版社，1998
• 讨论思考题
  • 怎样测量放电的功率？
• 预习思考题
  • (1)介质阻挡放电的驱动电源为什么需要交流电？电源的频率对放电的特性有什么影响？
  • (2)没有介质插入放电电极中间时，可以形成稳定的放电吗？为什么？
• 注意事项
  • 本实验有高压电源，必须有标准静电接地！并在老师检查后才能加载高压。
• 数据处理
  • 设计表格记录不同的放电条件下（放电间距和介质材料改变）的放电电压和电流。