本發(fā)明屬于氣體放電領(lǐng)域，具體涉及一種放電腔及基于該放電腔的氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

氣體間隙作為一種控制電流流通與斷開(kāi)的裝置，廣泛應(yīng)用于脈沖功率裝置和電力系統(tǒng)中。以氣體間隙為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所組成的氣體開(kāi)關(guān)，由于具有通流能力強(qiáng)、工作范圍廣、易于控制、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，更是成為脈沖功率驅(qū)動(dòng)源中不可替代的關(guān)鍵性部件。氣體開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程包括靜態(tài)耐壓和觸發(fā)放電兩個(gè)階段，在靜態(tài)耐壓階段，間隙的陰陽(yáng)兩極承受一個(gè)低于自擊穿電壓的直流電壓，其幅值高低通常用工作系數(shù)，即直流電壓與自擊穿電壓幅值的比值來(lái)表示，之后通過(guò)一定的觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)氣體間隙觸發(fā)放電。為保證氣體開(kāi)關(guān)精確受控導(dǎo)通，要求氣體開(kāi)關(guān)間隙在靜態(tài)耐壓階段能夠穩(wěn)定承載直流電壓而不發(fā)生擊穿，從放電物理的角度來(lái)看，當(dāng)間隙在靜態(tài)耐壓階段中的初始電子數(shù)目超過(guò)一定的閾值之后，將會(huì)導(dǎo)致間隙擊穿，使得開(kāi)關(guān)失去控制提前導(dǎo)通，這一閾值稱(chēng)為氣體間隙擊穿的初始電子數(shù)目閾值。測(cè)量并研究不同宏觀條件(工作系數(shù)、氣壓、間隙距離、氣體介質(zhì))下間隙擊穿所需滿(mǎn)足的初始電子數(shù)目閾值，對(duì)于深入研究氣體間隙擊穿的物理過(guò)程、豐富和發(fā)展氣體放電理論，具有重要的物理意義。此外，對(duì)于指導(dǎo)氣體開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)、精確控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通、評(píng)判氣體間隙觸發(fā)方式及性能，都具有一定的指導(dǎo)作用和實(shí)際意義。

國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)于氣體間隙擊穿所需達(dá)到的初始電子數(shù)目閾值進(jìn)行了一定的研究。文獻(xiàn)(N Sato；S Sakamoto.Undervoltage breakdown between parallel plates in air[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1979,Vol.12(6),pp.875-885)和文獻(xiàn)(Frechette,M.F；Bouchelouh,N；Larocque,R.Y.Laser-induced undervoltage breakdown in atmospheric N₂ correlated with time-resolved avalanches[J].Proceedings of 1994 IEEE International Symposium on Electrical Insulation,1994,pp.515-517)介紹了兩種測(cè)量方法，其均通過(guò)脈沖激光與電極的光電效應(yīng)在間隙中產(chǎn)生初始電子，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)一定工作系數(shù)范圍條件下間隙擊穿初始電子數(shù)目的測(cè)量，但存在以下缺陷：首先，激光的引入采用軸向引入的方式，即激光通道貫穿放電間隙，使得初始電子運(yùn)動(dòng)路徑上的氣體發(fā)生電離，從而影響電子的發(fā)展并影響其電流，進(jìn)而會(huì)對(duì)電子數(shù)目的測(cè)量帶來(lái)誤差；其次，由于在陽(yáng)極開(kāi)孔或制成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，這會(huì)對(duì)間隙電場(chǎng)造成畸變從而造成電場(chǎng)不均勻，進(jìn)而影響初始電子運(yùn)動(dòng)；第三，文獻(xiàn)中使用的激光脈寬為數(shù)納秒量級(jí)，使得初始電子不能看作一瞬間發(fā)射，無(wú)法模擬實(shí)際氣體間隙中初始電子的場(chǎng)致發(fā)射；最后，在電子數(shù)目測(cè)量時(shí)，需把放電腔抽成真空進(jìn)行測(cè)量，由于放電介質(zhì)發(fā)生了變化，造成了實(shí)驗(yàn)的“不等效性”，也會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)誤差。這些在測(cè)量方法與步驟、設(shè)備參數(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精度較低，同時(shí)文獻(xiàn)中的測(cè)量方法與裝置只能在低氣壓中應(yīng)用，無(wú)法拓展到更廣范圍中應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種氣體間隙擊穿閾值的測(cè)量方法及裝置。本發(fā)明適用于研究不同的工作系數(shù)、間隙距離、氣壓、氣體介質(zhì)條件下，間隙擊穿所需達(dá)到的初始電子數(shù)目閾值。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為提供一種氣體間隙擊穿閾值的測(cè)量方法，包括以下步驟：

1)脈沖激光聚焦在陰極中心表面產(chǎn)生初始電子；通過(guò)改變激光能量來(lái)改變初始電子數(shù)目。

2)逐漸增加激光能量使得氣體間隙臨界擊穿，則此時(shí)所產(chǎn)生的初始電子數(shù)目便視為氣體間隙擊穿的初始電子數(shù)目閾值；

3)將此時(shí)的電子施加到一個(gè)使其不增殖的電壓條件下并測(cè)量電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流；

4)對(duì)電流積分便可得出間隙擊穿的初始電子數(shù)目閾值。

進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體間隙的工作系數(shù)、間隙距離、氣壓以及氣體介質(zhì)種類(lèi)，獲得不同條件下氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值，并獲得上述參數(shù)對(duì)該閾值的影響。

上述步驟1)中的脈沖激光是斜向聚焦在陰極中心表面。

本發(fā)明還提供一種放電腔，其特殊之處在于：包括絕緣殼體、與絕緣殼體上端面可拆卸連接的上極板、位于絕緣殼體內(nèi)且與上極板接觸的電極連接部件、與電極連接部件可拆卸連接的陽(yáng)極、與絕緣殼體下端面可拆卸連接的分裂陰極、設(shè)置于電極連接部件與分裂陰極之間的帶開(kāi)孔的絕緣子、設(shè)置于絕緣殼體側(cè)壁上的氣嘴及石英玻璃；

上述上極板的下表面與電極連接部件之間設(shè)置有金屬環(huán)形壓圈；

上述上極板、絕緣殼體、分裂陰極組成封閉腔體。

本發(fā)明還提供一種氣體間隙擊穿閾值的測(cè)量裝置，其特殊之處在于：包括電源系統(tǒng)、放電腔、測(cè)量系統(tǒng)、激光器與光路系統(tǒng)；

上述放電腔包括絕緣殼體、與絕緣殼體上端面可拆卸連接的上極板、位于絕緣殼體內(nèi)且與上極板接觸的電極連接部件、與電極連接部件可拆卸連接的陽(yáng)極、與絕緣殼體下端面可拆卸連接的分裂陰極、設(shè)置于電極連接部件與分裂陰極之間的帶開(kāi)孔的絕緣子、設(shè)置于絕緣殼體側(cè)壁上的氣嘴及石英玻璃；

上述上極板的下表面與電極連接部件之間設(shè)置有金屬環(huán)形壓圈；

上述上極板、絕緣殼體、分裂陰極組成封閉腔體；

上述上極板與電源系統(tǒng)連接，所述分裂陰極與測(cè)量系統(tǒng)連接；

還包括回路電容、回路電阻，所述放電腔、回路電容、回路電阻及測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成回路；回路電容的一端與放電腔的上極板相連，另一端與回路電阻相連，回路電阻的另一端接地；

上述光路系統(tǒng)包括半透半反鏡片及位于半透半反鏡片反射光路上的激光能量計(jì)，一路激光透過(guò)半透半反鏡片后再通過(guò)石英玻璃與絕緣子的開(kāi)孔被聚焦在分裂陰極表面，另一路激光反射入激光能量計(jì)中。

優(yōu)選的，上述激光器產(chǎn)生皮秒級(jí)脈寬的紫外脈沖激光。

優(yōu)選的，上述電極連接部件包括上蓋板、筒形連接部件及絕緣支撐片；上述筒形連接部件上下表面內(nèi)邊緣均開(kāi)環(huán)形凹槽，分別用于固定上蓋板和絕緣支撐片；上述陽(yáng)極與筒形連接部件的底部可拆卸連接，上述絕緣支撐片用于固定陽(yáng)極；所述激光器的波長(zhǎng)為355nm。

優(yōu)選的，上述陽(yáng)極為餅形，上述陽(yáng)極上表面開(kāi)螺紋孔，用于與電極連接部件固定；上述陽(yáng)極腰部開(kāi)槽，用于嵌套絕緣支撐片。

優(yōu)選的，上述分裂陰極由內(nèi)陰極、環(huán)形外陰極以及位于內(nèi)陰極與環(huán)形外陰極之間的絕緣部件組成，上述內(nèi)陰極可拆卸的固定(如螺釘固定)在絕緣部件上，上述絕緣部件與環(huán)形外陰極可拆卸連接，并通過(guò)密封圈使內(nèi)外陰極之間密封。

優(yōu)選的，上述上極板為方形盤(pán)狀，四周均布螺孔，用于與絕緣殼體固定；上極板邊緣處倒角；上極板下表面開(kāi)環(huán)形凹槽，用于固定金屬環(huán)形壓縮圈；金屬環(huán)形壓縮圈為環(huán)狀，外沿均布梯形槽口；絕緣子為環(huán)形，其內(nèi)外表面為波浪狀，上述絕緣子上表面內(nèi)邊緣開(kāi)環(huán)形凹槽，用于固定絕緣支撐片。

優(yōu)選的，上述測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)電阻、BNC接頭和示波器，信號(hào)電阻由多個(gè)電阻并聯(lián)而成，電阻一端與內(nèi)陰極相連，另一端與環(huán)形外陰極相連，環(huán)形外陰極接地；BNC接頭的輸入端與內(nèi)陰極相連，另一端通過(guò)同軸信號(hào)電纜與所述示波器信號(hào)端口相連；

從整體來(lái)看，上極板、金屬環(huán)形壓縮圈、電極連接結(jié)構(gòu)、絕緣子和分裂陰極疊放在一起，通過(guò)螺釘與絕緣殼體緊固在一起。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量方法及裝置，可以方便有效的測(cè)量不同間隙距離、工作系數(shù)、氣壓以及氣體介質(zhì)種類(lèi)條件下間隙擊穿所需滿(mǎn)足的初始電子數(shù)目閾值，具有操作簡(jiǎn)單、工作范圍廣，可重復(fù)性強(qiáng)的特點(diǎn)；

2、本發(fā)明可應(yīng)用于氣體放電基礎(chǔ)理論及應(yīng)用研究；

3、從實(shí)驗(yàn)方法來(lái)看，激光斜向引入氣體間隙，使得激光通道與電子運(yùn)動(dòng)方向錯(cuò)開(kāi)，減弱了激光電離腔體中氣體對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；

4、從放電腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，陽(yáng)極采用完整的陽(yáng)極，保證了陰陽(yáng)兩極間的電場(chǎng)為均勻場(chǎng)；且整個(gè)放電腔體結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，間隙距離易于精準(zhǔn)調(diào)節(jié)；

5、從實(shí)驗(yàn)儀器的參數(shù)選擇來(lái)看，實(shí)驗(yàn)所用激光器脈寬為皮秒量級(jí)，與電子運(yùn)動(dòng)時(shí)間相比，此時(shí)間可忽略，因此初始電子可看作在一瞬間產(chǎn)生，確保通過(guò)激光產(chǎn)生的初始電子可以較為真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際放電中的初始電子；

6、從測(cè)量方法和步驟來(lái)看，實(shí)驗(yàn)在氣壓保持不變的條件下，通過(guò)給電子提供一個(gè)使其不增值的電壓條件，進(jìn)一步通過(guò)測(cè)量其運(yùn)動(dòng)電流來(lái)獲得電子數(shù)目，該步驟方法使得測(cè)出的電子數(shù)目更為準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量裝置組成示意圖；

圖2是本發(fā)明一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量裝置中放電腔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量裝置中放電腔中金屬環(huán)形壓縮圈的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是本發(fā)明一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量裝置中光路系統(tǒng)組成示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中電子數(shù)目隨直流電壓的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明裝置包括高壓直流電源2及其自動(dòng)控制系統(tǒng)1、保護(hù)電阻3、放電腔4、測(cè)量系統(tǒng)5、充電電容6、激光器7、光路系統(tǒng)8、示波器9和回路電阻10。

自動(dòng)控制系統(tǒng)1包括工控機(jī)與PLC控制器，其輸出端與高壓直流電源2輸入端通過(guò)通信電纜相連，用以控制直流電源開(kāi)斷并調(diào)節(jié)輸出電壓幅值。高壓直流電源2用于產(chǎn)生直流高電壓，在較佳的實(shí)施例中，其輸出電壓范圍為0～100kV，輸出電流范圍為0～10mA。高壓直流電源2輸出端與保護(hù)電阻3一端相連。保護(hù)電阻3用于保護(hù)高壓直流電源2，在較佳的實(shí)施例中，其材料為陶瓷，阻值為1MΩ，使用時(shí)需浸泡在變壓器油中。所述充電電容6一端與放電腔上極板11相連，另一端與回路電阻3相連，回路電阻3另一端接地。在較佳的實(shí)施例中，充電電容值為40nF，電壓范圍為0～100kV；回路電阻3為水電阻，溶液為硫酸銅，阻值為5Ω。

激光器7用于產(chǎn)生紫外脈沖激光。在較佳的實(shí)施例中，其輸出激光的參數(shù)為：激光波長(zhǎng)355nm，脈寬30ps，激光能量0～20mJ可調(diào)，能量抖動(dòng)小于1％。

如圖4所示，光路系統(tǒng)8包括半透半反鏡片28，聚焦透鏡29和激光能量計(jì)30。激光器7產(chǎn)生的激光入射到半透半反鏡片28上并配分成兩路，一路激光通過(guò)聚焦透鏡29，并進(jìn)一步的通過(guò)放電腔側(cè)面的石英玻璃22，被聚焦在內(nèi)陰極20表面；另一路激光射入到激光能量計(jì)30中，用于測(cè)量激光能量。在較佳的實(shí)施例中，聚焦透鏡的材料為融蝕石英，焦距為40mm。

圖2所示為放電腔4結(jié)構(gòu)，放電腔4形狀為長(zhǎng)方體，包括上極板11、金屬環(huán)形壓縮圈12、絕緣殼體13、陽(yáng)極17、電極連接部件(由上蓋板14、筒形連接部件15以及絕緣支撐片16組成)、絕緣子18、分裂陰極(由內(nèi)陰極20、環(huán)形外陰極19以及內(nèi)外陰極之間的絕緣部件21組成)、石英玻璃22及其固定結(jié)構(gòu)23、氣嘴24和密封圈25，26，27。上極板11和分裂陰極外陰極19通過(guò)螺釘分別與絕緣殼體13相連并形成封閉腔體，并通過(guò)密封圈25密封。陽(yáng)極17通過(guò)電極連接部件、金屬環(huán)形壓縮圈12與上極板11接觸，并通過(guò)絕緣子18，與分裂陰極形成特定長(zhǎng)度的間隙。放電腔體上極板11與保護(hù)電阻3另一端相連，分裂陰極中內(nèi)陰極20與測(cè)量系統(tǒng)相連。

進(jìn)一步的，絕緣殼體13也可以為長(zhǎng)方體、筒形，在較佳的實(shí)施例中，其材料為有機(jī)玻璃或尼龍。絕緣殼體13相對(duì)的兩個(gè)面上分別開(kāi)孔，一個(gè)孔嵌入石英玻璃22，并通過(guò)固定結(jié)構(gòu)23固定在絕緣殼體13上，用以通過(guò)激光。石英玻璃22與其固定結(jié)構(gòu)23之間安裝環(huán)形密封墊，用于保證放電腔體密封。在較佳的實(shí)施例中，石英玻璃22的材料為融蝕石英。另一個(gè)孔安裝氣嘴24，用于向放電腔體中充入氣體介質(zhì)；

更進(jìn)一步的，上極板11為方形盤(pán)狀，四周均布螺孔，用于與絕緣殼體13固定。上極板11邊緣處倒角，以消除施加電壓時(shí)在邊緣處產(chǎn)生的電暈。此外，上極板11下表面開(kāi)環(huán)形槽，用于固定金屬環(huán)形壓縮圈12。金屬環(huán)形壓縮圈12結(jié)構(gòu)如圖3所示，環(huán)狀，其下沿均布梯形槽口，便于在壓力下產(chǎn)生形變。在裝配過(guò)程中，由于各部件加工的誤差，會(huì)在上極板11與上蓋板14間形成一定的縫隙，金屬環(huán)形壓縮圈12可通過(guò)自身形變消除誤差影響，保證整個(gè)放電腔體結(jié)構(gòu)壓合緊密，不產(chǎn)生松動(dòng)。在較佳的實(shí)施例中，上極板11材料為不銹鋼或鋁，金屬環(huán)形壓縮圈12材料為鋁或其它質(zhì)地較軟的金屬，上極板11邊緣處倒角的半徑為5mm。

更進(jìn)一步的，陽(yáng)極17為餅形，其上表面開(kāi)螺紋孔，用于與筒形連接部件15固定，陽(yáng)極17腰部開(kāi)環(huán)形槽，絕緣支撐片16插入槽中被固定。在較佳的實(shí)施例中，陽(yáng)極17的材料為不銹鋼或銅，槽中均布3個(gè)絕緣支撐片。

更進(jìn)一步的，絕緣子18為環(huán)形，其內(nèi)外表面為波浪狀，以防止絕緣子在施加電壓過(guò)程中產(chǎn)生表面滑閃放電。絕緣子18上表面內(nèi)邊緣開(kāi)環(huán)形槽，用于固定絕緣支撐片16。在較佳的實(shí)施例中，絕緣子18的材料為有機(jī)玻璃。此外，絕緣子18一側(cè)需打孔，并在裝配時(shí)將打孔處靠近石英玻璃，便于激光通過(guò)并射入到內(nèi)陰極20表面。

更進(jìn)一步的，電極連接部件包括上蓋板14、筒形連接部件15和絕緣支撐片16。筒形連接部件15上、下表面內(nèi)邊緣均開(kāi)環(huán)形槽，用于固定上蓋板14和絕緣支撐片16，中部開(kāi)螺孔，用于固定陽(yáng)極17。上蓋板14形狀為扁圓柱形，其直徑小于筒形連接部件15上表面環(huán)形槽直徑，保證上蓋板15可以安放于槽中。絕緣支撐片16形狀為扇形。在較佳的實(shí)施例中，上蓋板14和柱形連接結(jié)構(gòu)15的材料為不銹鋼或銅，絕緣支撐片16的材料為有機(jī)玻璃或尼龍。高壓直流電源2產(chǎn)生的直流高壓通過(guò)上極板11和電極連接部件施加到陽(yáng)極17上，并在兩電極之間形成均勻電場(chǎng)。

更進(jìn)一步的，通過(guò)更換不同厚度的上蓋板14和絕緣子18，在保持其他部件不變的條件下，便可調(diào)整兩電極之間的間隙距離。間隙距離可通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量。

更進(jìn)一步的，分裂陰極由內(nèi)陰極20、環(huán)形外陰極19以及內(nèi)外陰極之間的絕緣部件21所組成。內(nèi)陰極為扁圓柱形，下表面均布螺孔，通過(guò)螺釘固定在絕緣部件21上，絕緣部件21通過(guò)螺釘與環(huán)形外陰極19連接。內(nèi)陰極20、環(huán)形外陰極19以及絕緣部件21之間通過(guò)密封圈26、27使三個(gè)結(jié)構(gòu)之間密封。在較佳的實(shí)施例中，內(nèi)陰極20和環(huán)形外陰極19的材料為不銹鋼，絕緣部件21的材料為有機(jī)玻璃或其它硬質(zhì)絕緣材料，以保證密封圈壓合緊密而自身不發(fā)生形變。內(nèi)陰極20與環(huán)形外陰極19之間的距離為0.1mm，以減弱對(duì)陰極附近電場(chǎng)的畸變。

更進(jìn)一步的，從整體來(lái)看，上極板11、金屬環(huán)形壓縮圈12、電極連接部件、絕緣子18和分裂陰極疊放在一起，通過(guò)螺釘與絕緣殼體13緊固在一起。

所述測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)電阻和BNC接頭，信號(hào)電阻由多個(gè)電阻并聯(lián)而成，電阻一端內(nèi)陰極20相連，另一端與環(huán)形外陰極19相連，且環(huán)形外陰極19接地。BNC接頭的輸入端與內(nèi)陰極20相連，另一端通過(guò)同軸信號(hào)電纜與示波器9信號(hào)端口相連。在較佳的實(shí)施例中，信號(hào)電阻由6個(gè)阻值為300Ω金屬膜電阻并聯(lián)而成，BNC接頭和同軸信號(hào)電纜阻抗均為50Ω，以保證阻抗匹配。

在上述裝置基礎(chǔ)上，可通過(guò)以下具體的實(shí)驗(yàn)方法和步驟，獲得間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值。

一種氣體間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值的測(cè)量方法，激光器7產(chǎn)生脈沖激光并通過(guò)光路系統(tǒng)8聚焦在與內(nèi)陰極20表面，激光與電極通過(guò)光電效應(yīng)產(chǎn)生初始電子，通過(guò)改變激光器7輸出能量來(lái)改變初始電子的數(shù)目。逐漸增加激光能量使得氣體間隙臨界擊穿，則此時(shí)該能量激光所產(chǎn)生的電子數(shù)目便可看作間隙擊穿閾值。將此時(shí)的電子施加到一個(gè)使其數(shù)目保持恒定的電場(chǎng)中并通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)5和示波器9測(cè)量其運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流，對(duì)電流積分便可得出間隙擊穿的初始電子數(shù)目閾值。

進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體間隙的工作系數(shù)、間隙距離、氣壓以及氣體介質(zhì)，可以獲得不同條件下氣體間隙擊穿所需滿(mǎn)足的初始電子數(shù)目閾值，并獲得上述參數(shù)對(duì)該閾值的影響。

其具體步驟包括：

步驟1：調(diào)節(jié)氣體間隙陰極20與陽(yáng)極17之間的距離，達(dá)到所需值；

步驟2：通過(guò)氣嘴24向放電腔中充入一定壓強(qiáng)、種類(lèi)的氣體介質(zhì)；

步驟3：高壓直流電源2給氣體間隙陽(yáng)極17施加一定工作系數(shù)的直流電壓；

步驟4：激光器7產(chǎn)生脈沖激光，脈沖激光通過(guò)聚焦透鏡29并被聚焦在內(nèi)陰極20中心表面；調(diào)整放電腔位置，使得聚焦后光斑的直徑小于1mm。

步驟5：逐漸增加脈沖激光能量，使得氣體間隙臨界擊穿，并用激光能量計(jì)20測(cè)量此時(shí)的激光能量。

步驟6：將上述能量的脈沖激光繼續(xù)聚焦在內(nèi)陰極20中心表面，降低施加在陽(yáng)極17的直流電壓的幅值，在保證氣體間隙不擊穿的條件下，通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)5和示波器9測(cè)量此時(shí)的電流；

步驟7：利用波形處理軟件(Origin9.1)對(duì)步驟6中得到的電流波形進(jìn)行積分，得到總電荷量Q(單位為庫(kù)侖，C)，通過(guò)公式

n＝Q/e₀

得到電子數(shù)目n。其中e₀為元電荷帶電量，其值為1.6*10^-19C。

步驟8：改變施加在陽(yáng)極直流電壓的幅值，重復(fù)步驟6～7，得到不同直流電壓所對(duì)應(yīng)的初始電子數(shù)目，并以直流電壓為橫軸，初始電子數(shù)目為縱軸，得到初始電子數(shù)目隨直流電壓的變化曲線；在一個(gè)實(shí)施例中，初始電子數(shù)目隨直流電壓的變化曲線如圖5所示，可以看出，隨著電壓的升高，初始電子數(shù)目將依次表現(xiàn)為緩慢增長(zhǎng)、保持不變和快速增長(zhǎng)，其中初始電子數(shù)目保持不變時(shí)的電壓即為使其不增殖時(shí)的電壓，如圖5中12kV、13kV，此時(shí)的電子數(shù)目便是間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值。

通過(guò)上述步驟，便可得出在特定工作系數(shù)、氣壓、電極間隙距離和氣體介質(zhì)下間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值。通過(guò)改變上述宏觀條件，便可得到不同工作系數(shù)、氣壓、電極間隙距離和氣體介質(zhì)條件下的間隙擊穿所需滿(mǎn)足的初始電子數(shù)目閾值。

綜上所述，本發(fā)明可以方便、準(zhǔn)確的獲得不同工作系數(shù)、氣壓、電極間隙距離和氣體介質(zhì)條件下的間隙擊穿初始電子數(shù)目閾值，可應(yīng)用于氣體放電基礎(chǔ)理論及應(yīng)用方面的研究。需要說(shuō)明的是，以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。凡按本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案的基礎(chǔ)上做出的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍內(nèi)。