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摘要：本文从提高放电稳定性和增大放电空间体积的角度简述了几种在大气压下产生均匀放电的实验方法，包括：等离子体阴极放电、毛细管阵列放电、空心阴极放电、半导体预电离放电、电容一火花针预电离放电、电晕放电预电离放电、辅助电极预电离放电、电子束和射线预电离放电等，指出了大气压均匀放电的研究现状和面临的主要问题，对于如何提高放电效率有一定的启发作用。
关键词：大气压均匀放电；实验方法；等离子体
大气压气体放电中产生的非平衡等离子体，具有较高的电子能量和较低的离子能量，并且包含大量的活性粒子，具有很高的化学活性，许多通常不能发生或者需要苛刻条件的化学反应在这种等离子体氛围下都可以发生。
在大气压条件下，通常用来产生非平衡等离子体的装置主要有电晕放电和介质阻挡放电装置。电晕放电属于局部放电，它的优点是放电稳定，易于维持，在直流电压下也可以稳定的存在。但是它的缺点也是显而易见的，放电区域小，电流弱，效率低；而介质阻挡放电具有放电区域大，电流强，效率高的优点，但是容易形成丝状放电，对所处理的材料表面有烧蚀作用，并且不均匀。因此，克服两种放电的缺点，在大气压条件下寻求大体积均匀稳定的放电装置具有重要的意义，也是当前国际上研究的一个热点问题。
一、大气压均匀放电实验方法的设计思路
在自持放电中，电场强度的最大值通常出现在阴极附近。因此，阴极附近电压的涨落，容易引发放电的不稳定性的产生。所以，对阴极形状或材料的改造，就成为增加放电稳定性的一个重要方法。在此基础上，人们发展了多种放电形式，例如多针电晕放电、半导体电极放电和水电极放电等等。另一种主要方法就是预电离的方法。通过多种预电离手段，增加放电空间的种子电子密度，使放电更容易满足多电子崩耦合的条件，进而形成大体积均匀放电。
二、在大气压下获得均匀体放电的主要实验方法
（一）等离子体阴极放电
等离子体阴极放电装置的阴极由一个单独的放电装置构成，产生的等离子体充当主放电装置的阴极。这套装置的优点是可以避免阴极的二次电子发射对主放电产生影响，增强了放电的稳定性。阴极产生的等离子体可以增加种子电子密度，有利于降低击穿电场。利用这套装置能够产生大体积和电流脉冲寿命超过的100ns的等离子体。
（二）毛细管阵列放电
毛细孔阵列电极放电装置的一个或两个电极由毛细孔阵列构成，由交流高压电源驱动。当放电频率为几千赫兹时，放电表现为一种均匀的弥散放电。当频率继续增加时，从毛细孔中就会喷射出等离子体炬。如果毛细孔的数目很多，排列足够紧密，等离子体炬就会互相重合，形成大面积体放电，表现出很好的均匀性。
（三）空心阴极放电
空心阴极放电是一种特殊形式的辉光放电，又称为史丘勒放电。它具有工作气压高，维持电压低，粒子数反转浓度大等优点，故特别适用于金属蒸气离子激光系统。空心阴极放电的阴极成圆筒形，即所谓空心阴极，因此电子束在阴极将彼此汇合，使负辉光合并在一起，发光更明亮并且较均匀。随着放电电流密度的增加，往往阴极位降减小，阴极发热一般也不厉害。
（四）半导体预电离放电
在主放电电极间按照一定的距离和相对位置要求放置两块半导体板，当脉冲高压加到主电极上时，由于半导体回路的阻抗要低于空气间隙的阻抗，所以在半导体表面首先产生放电，从而在半导体板与主电极之间产生大量的丝状放电而形成紫外辐射预电离。当由预电离产生的带电粒子足够多时，主放电间隙的阻抗明显降低，主放电开始产生均匀放电。
（五）电容一火花针预电离放电
在主电极两边放置两排火花针阵列。当高压脉冲加在主电极上时，通过耦合电容。火花针阵列首先产生火花放电，产生强烈的紫外光辐射引起主电极之间气体发生电离，降低其击穿电场，随后主电极之间形成均匀放电。火花针排列的稀疏程度，针尖之间的间隙，火花针与主电极之间的距离都会影响预电离的效果。
（六）电晕放电预电离放电
电晕放电预电离放电装置中两个电极间有绝缘介质层，当一个外加电压加在两个电极上时，会在介质层两侧出现一个快速电场，介质层被极化。介质层中的电子被拉出介质，发生电子雪崩，这样，两个电极之间就会出现电流，这些电子均匀的分布在介质的表面上，形成明亮的电晕放电。
（七）辅助电极预电离放电
辅助电极是在放电装置中阳极、阴极外的空间中适当位置放置的电极，通过辅助电极使阴极表面形成均匀的“电子云”。在放电开始以前，阴极的辅助预电离装置己经建立了比较强的电场，该电场能够在阴极引起很强的场致发射，于是在阴极表面形成一层比较均匀的电子云，并且受到主放电的电场作用飞进主放电间隙中，使主放电更加的均匀。
（八）电子束和射线预电离放电
由电子枪产生的电子束注入到放電的区域，可以提高放电区域的电离度，维持放电所需要的电流，能够在高气压、大体积的条件下实现均匀放电。产生高能电子束的装置有热阴极电子枪和冷阴极电子枪两种。
三、大气压均匀放电的研究现状
目前大气压均匀放电的研究中，主要从激励电源因素、电源结构与电介质因素，以及气体与外部介质三个方面进行研究。但是，目前大气压均匀放电技术在诊断、反应器参数优化，以及功率密度等方面还存在较多的问题。因此，在不断加强技术研究，解决大气压均匀放电技术的研究，以不断推动大气压均匀放电技术的发展和应用。
四、结语
对于在大气压下产生大尺度均匀放电的研究，主要集中在两个方面：一是改善其均匀性，二是增大其放电的体积。对于放电均匀性的改善，我们可以通过改造电极形状、引进预电离辅助装置、加强电路的匹配等方式达到目的。而对于增大放电体积，由于受到介质层大小的限制，现在更多的研究集中在增大放电间隙上。如何想办法增大放电间隙，同时减小其击穿电场，将是今后需要需要解决的问题。
参考文献：
[1]齐冰，任春生，马腾才，王友年，王德真.多针电晕增强大气压辉光放电稳定性研究[J].物理学报.2006，55（1）：331-336.
[2]齐冰，任春生，张禹涛，王德真，马腾才.火花预电离辅助介质阻挡放电转动温度的研究[J].核聚变与等离子体物理.2007，27（4）
作者简介：赵娜（1984-），女，汉族，河北邯郸人，邯郸学院讲师，河北大学在读博士，研究方向：气体放电与等离子体物理。
关键词：大气压均匀放电；实验方法；等离子体
大气压气体放电中产生的非平衡等离子体，具有较高的电子能量和较低的离子能量，并且包含大量的活性粒子，具有很高的化学活性，许多通常不能发生或者需要苛刻条件的化学反应在这种等离子体氛围下都可以发生。
在大气压条件下，通常用来产生非平衡等离子体的装置主要有电晕放电和介质阻挡放电装置。电晕放电属于局部放电，它的优点是放电稳定，易于维持，在直流电压下也可以稳定的存在。但是它的缺点也是显而易见的，放电区域小，电流弱，效率低；而介质阻挡放电具有放电区域大，电流强，效率高的优点，但是容易形成丝状放电，对所处理的材料表面有烧蚀作用，并且不均匀。因此，克服两种放电的缺点，在大气压条件下寻求大体积均匀稳定的放电装置具有重要的意义，也是当前国际上研究的一个热点问题。
一、大气压均匀放电实验方法的设计思路
在自持放电中，电场强度的最大值通常出现在阴极附近。因此，阴极附近电压的涨落，容易引发放电的不稳定性的产生。所以，对阴极形状或材料的改造，就成为增加放电稳定性的一个重要方法。在此基础上，人们发展了多种放电形式，例如多针电晕放电、半导体电极放电和水电极放电等等。另一种主要方法就是预电离的方法。通过多种预电离手段，增加放电空间的种子电子密度，使放电更容易满足多电子崩耦合的条件，进而形成大体积均匀放电。
二、在大气压下获得均匀体放电的主要实验方法
（一）等离子体阴极放电
等离子体阴极放电装置的阴极由一个单独的放电装置构成，产生的等离子体充当主放电装置的阴极。这套装置的优点是可以避免阴极的二次电子发射对主放电产生影响，增强了放电的稳定性。阴极产生的等离子体可以增加种子电子密度，有利于降低击穿电场。利用这套装置能够产生大体积和电流脉冲寿命超过的100ns的等离子体。
（二）毛细管阵列放电
毛细孔阵列电极放电装置的一个或两个电极由毛细孔阵列构成，由交流高压电源驱动。当放电频率为几千赫兹时，放电表现为一种均匀的弥散放电。当频率继续增加时，从毛细孔中就会喷射出等离子体炬。如果毛细孔的数目很多，排列足够紧密，等离子体炬就会互相重合，形成大面积体放电，表现出很好的均匀性。
（三）空心阴极放电
空心阴极放电是一种特殊形式的辉光放电，又称为史丘勒放电。它具有工作气压高，维持电压低，粒子数反转浓度大等优点，故特别适用于金属蒸气离子激光系统。空心阴极放电的阴极成圆筒形，即所谓空心阴极，因此电子束在阴极将彼此汇合，使负辉光合并在一起，发光更明亮并且较均匀。随着放电电流密度的增加，往往阴极位降减小，阴极发热一般也不厉害。
（四）半导体预电离放电
在主放电电极间按照一定的距离和相对位置要求放置两块半导体板，当脉冲高压加到主电极上时，由于半导体回路的阻抗要低于空气间隙的阻抗，所以在半导体表面首先产生放电，从而在半导体板与主电极之间产生大量的丝状放电而形成紫外辐射预电离。当由预电离产生的带电粒子足够多时，主放电间隙的阻抗明显降低，主放电开始产生均匀放电。
（五）电容一火花针预电离放电
在主电极两边放置两排火花针阵列。当高压脉冲加在主电极上时，通过耦合电容。火花针阵列首先产生火花放电，产生强烈的紫外光辐射引起主电极之间气体发生电离，降低其击穿电场，随后主电极之间形成均匀放电。火花针排列的稀疏程度，针尖之间的间隙，火花针与主电极之间的距离都会影响预电离的效果。
（六）电晕放电预电离放电
电晕放电预电离放电装置中两个电极间有绝缘介质层，当一个外加电压加在两个电极上时，会在介质层两侧出现一个快速电场，介质层被极化。介质层中的电子被拉出介质，发生电子雪崩，这样，两个电极之间就会出现电流，这些电子均匀的分布在介质的表面上，形成明亮的电晕放电。
（七）辅助电极预电离放电
辅助电极是在放电装置中阳极、阴极外的空间中适当位置放置的电极，通过辅助电极使阴极表面形成均匀的“电子云”。在放电开始以前，阴极的辅助预电离装置己经建立了比较强的电场，该电场能够在阴极引起很强的场致发射，于是在阴极表面形成一层比较均匀的电子云，并且受到主放电的电场作用飞进主放电间隙中，使主放电更加的均匀。
（八）电子束和射线预电离放电
由电子枪产生的电子束注入到放電的区域，可以提高放电区域的电离度，维持放电所需要的电流，能够在高气压、大体积的条件下实现均匀放电。产生高能电子束的装置有热阴极电子枪和冷阴极电子枪两种。
三、大气压均匀放电的研究现状
目前大气压均匀放电的研究中，主要从激励电源因素、电源结构与电介质因素，以及气体与外部介质三个方面进行研究。但是，目前大气压均匀放电技术在诊断、反应器参数优化，以及功率密度等方面还存在较多的问题。因此，在不断加强技术研究，解决大气压均匀放电技术的研究，以不断推动大气压均匀放电技术的发展和应用。
四、结语
对于在大气压下产生大尺度均匀放电的研究，主要集中在两个方面：一是改善其均匀性，二是增大其放电的体积。对于放电均匀性的改善，我们可以通过改造电极形状、引进预电离辅助装置、加强电路的匹配等方式达到目的。而对于增大放电体积，由于受到介质层大小的限制，现在更多的研究集中在增大放电间隙上。如何想办法增大放电间隙，同时减小其击穿电场，将是今后需要需要解决的问题。
参考文献：
[1]齐冰，任春生，马腾才，王友年，王德真.多针电晕增强大气压辉光放电稳定性研究[J].物理学报.2006，55（1）：331-336.
[2]齐冰，任春生，张禹涛，王德真，马腾才.火花预电离辅助介质阻挡放电转动温度的研究[J].核聚变与等离子体物理.2007，27（4）
作者简介：赵娜（1984-），女，汉族，河北邯郸人，邯郸学院讲师，河北大学在读博士，研究方向：气体放电与等离子体物理。