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直流辉光放电

直流辉光放电是最常用的一种放电方式，在真空室内压强小于1Pa的条件下，给两电极间施加电场，当电场强度达到50-1000V/cm时，即可产生等离子体。常见的直流辉光放电实验原理如图1-1所示。在玻璃放电管两端封装放电电极，放电管内建立低气压环境，两端电极加直流高压，当极间电压达到几百伏时，放电开始并形成等离子体，放电电流一般为几百个毫安培。直流辉光放电的电子温度约为几个电子伏左右，并且电子的温度远远大于离子温度，所以称之为低温等离子体。直流辉光放电的电子密度约10⁹cm^-3～10¹¹cm^-3，由于粒子在电场作用下直接从一个极板运动到另一极板，移动距离短，与气体分子撞击的机率很低，因此等离子密度低，且分布不均匀。

在直流辉光放电管中，按照放电区域粒子的能量、电压和外部表现的特征，一般可分为四个区域：分别是阴极区、过渡区、正柱区和阳极区。从图1-1可以看出，在阴极区，电场的分布是不均匀的，阴极区的光层可划分成阿斯顿暗区、阴极辉区和阴极暗区（克洛克斯暗区）；过渡区介于阴极区和正柱区之间，又可细分为两个区：负辉区和法拉第暗区，其中负辉区是放电空间光强最强的区域，也是正负电荷浓度最大而且最接近的区域，所以称为等离子体区域；过渡区后就是正柱区，正柱区的长度是由放电管的极间间距决定的，正柱区均匀放电时，电场分布是均匀的，如电荷浓度、电位梯度等沿轴向都是均匀分布的。阳极区不是放电的主要区域，其作用仅仅是保证阳极接受到足够的电子而形成电流，在接近阳极处，电子受阳极吸引加速运动，而离子则被排斥。

图1-1 直流辉光放电装置示意图

直流辉光放电装置简单，容易实现，工业应用广泛。其缺点主要有三点：一是粒子受电场作用在电极间运动，移动行程短，与气体分子发生碰撞的机率小，气体的电离度不高，等离子密度低；二是等离子的能量大部分转化成了温升，能量转换效率不高；三是由于电极（阳极）位于真空室内，持续受到电子的高速轰击，电极消耗过快，寿命较短，同时极板在电子轰击时容易发生二次溅射，会对被处理的零件造成污染，因此只适合于要求较低的工业处理中应用。