[发明专利]放电腔及基于其的气体间隙击穿阈值的测量方法及装置

说明书

本发明提供一种气体间隙击穿阈值的测量方法及装置，脉冲激光聚焦在阴极中心表面产生初始电子；逐渐增加激光能量使得气体间隙临界击穿，则此时所产生的初始电子数目便视为气体间隙击穿的阈值；将此时的初始电子施加到一个使其不增殖的电压条件下并测量电子运动产生的电流；对电流积分便可得出间隙击穿的初始电子数目阈值。本发明提供的一种气体间隙击穿初始电子数目阈值的测量方法及装置，可以方便有效的测量不同间隙距离、工作系数、气压以及气体介质种类条件下间隙击穿所需满足的初始电子数目阈值，具有操作简单、工作范围广，可重复性强的特点。

技术领域

本发明属于气体放电领域，具体涉及一种放电腔及基于该放电腔的气体间隙击穿初始电子数目阈值的测量方法及装置。

背景技术

气体间隙作为一种控制电流流通与断开的装置，广泛应用于脉冲功率装置和电力系统中。以气体间隙为基础结构所组成的气体开关，由于具有通流能力强、工作范围广、易于控制、寿命长等特点，更是成为脉冲功率驱动源中不可替代的关键性部件。气体开关的工作过程包括静态耐压和触发放电两个阶段，在静态耐压阶段，间隙的阴阳两极承受一个低于自击穿电压的直流电压，其幅值高低通常用工作系数，即直流电压与自击穿电压幅值的比值来表示，之后通过一定的触发方式实现气体间隙触发放电。为保证气体开关精确受控导通，要求气体开关间隙在静态耐压阶段能够稳定承载直流电压而不发生击穿，从放电物理的角度来看，当间隙在静态耐压阶段中的初始电子数目超过一定的阈值之后，将会导致间隙击穿，使得开关失去控制提前导通，这一阈值称为气体间隙击穿的初始电子数目阈值。测量并研究不同宏观条件(工作系数、气压、间隙距离、气体介质)下间隙击穿所需满足的初始电子数目阈值，对于深入研究气体间隙击穿的物理过程、丰富和发展气体放电理论，具有重要的物理意义。此外，对于指导气体开关设计、精确控制开关导通、评判气体间隙触发方式及性能，都具有一定的指导作用和实际意义。

国内外研究人员对于气体间隙击穿所需达到的初始电子数目阈值进行了一定的研究。文献(N Sato；S Sakamoto.Undervoltage breakdown between parallel plates inair[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1979,Vol.12(6),pp.875-885)和文献(Frechette,M.F；Bouchelouh,N；Larocque,R.Y.Laser-induced undervoltage breakdownin atmospheric N₂ correlated with time-resolved avalanches[J].Proceedings of1994IEEE International Symposium on Electrical Insulation,1994,pp.515-517)介绍了两种测量方法，其均通过脉冲激光与电极的光电效应在间隙中产生初始电子，并实现了对一定工作系数范围条件下间隙击穿初始电子数目的测量，但存在以下缺陷：首先，激光的引入采用轴向引入的方式，即激光通道贯穿放电间隙，使得初始电子运动路径上的气体发生电离，从而影响电子的发展并影响其电流，进而会对电子数目的测量带来误差；其次，由于在阳极开孔或制成网孔结构，这会对间隙电场造成畸变从而造成电场不均匀，进而影响初始电子运动；第三，文献中使用的激光脉宽为数纳秒量级，使得初始电子不能看作一瞬间发射，无法模拟实际气体间隙中初始电子的场致发射；最后，在电子数目测量时，需把放电腔抽成真空进行测量，由于放电介质发生了变化，造成了实验的“不等效性”，也会对测量带来误差。这些在测量方法与步骤、设备参数、实验装置结构设计上的缺陷将导致测量结果精度较低，同时文献中的测量方法与装置只能在低气压中应用，无法拓展到更广范围中应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种气体间隙击穿阈值的测量方法及装置。本发明适用于研究不同的工作系数、间隙距离、气压、气体介质条件下，间隙击穿所需达到的初始电子数目阈值。

本发明的技术解决方案为提供一种气体间隙击穿阈值的测量方法，包括以下步骤：