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	輝光放電等離子體
          
輝光放電又稱高頻放電，是低壓氣體中顯示輝光的氣體放電現象，目前廣泛采用的低溫等離子體產生方式之一。輝光放電所需要的壓強一般在10Pa~104Pa，電壓約為0.4kV~8.0kV。在一定范圍內，放電電流的波動不會造成電壓的改變。因此，輝光放電具有特有的穩壓特性。
          

          
輝光放電的產生機制為空氣或惰性氣體在兩極電壓較高時，氣體中電子在電場的作用下獲得足夠動能被加速，不斷碰撞氣體分子，將中性原子和分子激發，在放電空間引起電子雪崩其特點為電流強度僅為幾毫安，放電氣體溫度低。
          

          
輝光放電是迄今為止被研究的最多的一種放電形式，由于其放電過程中存在特殊的柔和光輝，因此稱為輝光放電。低氣壓下氣體放電的典型的伏安特性曲線如圖1-1所示。隨著放電電流的增加，對應出現了暗流區(AB)、湯生放電區(BC)、輝光放電區(CF)、輝弧轉換區(FG)及電弧放電區(G以后)。其中，暗流區由于電離較弱，電流不穩定沒有持續流動，為非自持放電。輝光放電區(CF)包含前期輝光放電(CD)、正常輝光放電(DE)及反常輝光放電(EF)。其中正常輝光放電(DE)的維持電壓較低，電流大小皆為mA級別。輝光放電作為居于電暈放電和電弧放電的中間過程，具有電流密度小、維持電壓穩定、放電均勻穩定的特點，其放電電流的大小一般在幾毫安到幾百毫安之間，放電的溫度較低，不會對被處理樣品造成電損傷和熱損傷，是最為理想的放電狀態。          

          
	低氣壓下氣體放電的伏安特性曲線
          
	圖1-1低氣壓下氣體放電的伏安特性曲線
          
	 
          
1831年，法拉第在低氣壓的條件下，第一次發現了輝光放電的現象。輝光放電可分成正常輝光放電、準輝光放電、反常輝光放電三種類型，圖1-2為低氣壓條件下典型輝光的放電形態。正常輝光的明顯特征就是存在明暗交錯、按規律分布的輝光區與暗區，主要分為四個部分，分別為陽極區、陰極區、正柱區和過渡區。

          
	低氣壓下典型輝光的放電形態 
          
	
          
		圖1-2 低氣壓下典型輝光的放電形態 
          
	
          
		 
          

          
陽極區包括陽極輝光與陽極暗區，陽極區的主要作用是貫通放電的正柱區和陽極，使電子能夠運動至陽極從而在回路中形成電流，使放電持續進行。由于正離子逐漸遠離陽極，且運動速度較慢，電子被陽極吸收后，從而降低陽極附近的電場強度、增強空間內的電場強度，從而形成陽極輝光與陽極暗區。正柱區又稱作陽光柱，是放電通道中體積最大的區域，正柱區內電場強度沿軸向近似相等，壓降幾乎為零，內部為典型的等離子體區域，電子密度與正極性離子密度幾乎相等，對外呈電中性。在低氣壓的條件下，正柱區為均勻柔和的輝光，而在大氣壓的一定條件下，可能表現為明暗相間的光層，而在大氣壓等離子體射流中缺少陰極，放電幾乎全部為正柱區。過渡區分為負輝區與法拉第暗區，過渡區是輝光放電中壓降最高的地方，大部分的能量損失聚集在這里，因此負輝區也是整個放電區域中發光亮度最強的地方，由于在負輝區損失較多能量，電子損失能量，而在法拉第暗區積累能量加速，因此出現暗區。陰極區包含阿斯頓暗區、陰極輝區和陰極暗區三個區域。陰極區的電場分布非常不均勻，在陰極表面電場最強，隨著到陰極距離的增大而減小。其中陰極輝區會產生大量的激發原子，陰極暗區中有顯著的γ過程，在陰極發射大量的二次電子，可以維持放電，所以陰極區是維持放電的重要區域，更是必不可少的區域。
          

          
輝光放電等離子體是一種新型、環保且適用性強的表面處理方法，具有放電均勻性好、放電效率高、活性粒子豐富和等離子體密度高等優點，且不存在明顯的電流脈沖。目前在污水處理、滅菌消毒、表面改性和分析儀器離子源等領域多有應用。
          

	
          


          



          
	
          
    	
          
        	
        
          
        
          
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