electrical breakdown in vacuum
简介
在高真空的初始条件下，即电子和离子的平均自由程远大于电极间隙距离，以致间隙空间的碰撞电离可以忽略时，电极间施加很高的电压而引起的自持放电过程。
高真空间隙是一种强度很高的绝缘间隙，其击穿场强达1.3MV/cm，广泛地用于真空断路器、粒子加速器和电子管等设备中。真空间隙的击穿常常是破坏性的和不可逆转的，会破坏电极，从而使间隙在此后较低电压下就会击穿。研究真空击穿的机理，有助于采取相应的预防措施，以提高真空间隙的绝缘性能。
图1 平板真空电极间，电流和电压间的非线性关系Ub—击穿电压
1897年R.W.伍德(R.W.Wood)首先对真空击穿进行了研究。在真空间隙上施加高压，一般都能观察到很小的，但数值确定的所谓预放电电流;当电压升高时，电流增加很快，而且有一些所谓微放电的尖峰叠加在电流上;当电压上升到某一值Ub时，电流突然增加到由外回路确定的数值，则发生真空击穿，Ub称为击穿电压，见图1。人们普遍认为：由于与电极有关的某些过程使局部电极材料气化，局部气压的提高将进一步引发电离和放电过程，最终导致整个间隙的击穿。现今流行的真空击穿理论有场致发射引发击穿和微粒引发击穿。
在短间隙(d≤2mm)中，场致发射过程起主要作用;在大间隙(d≥5mm)中，微粒机制起主要作用;中间的距离是二者的过渡区。
场致发射引发击穿 在109V/m数量级的强电场的作用下，金属表面要发生场致电子发射(见阴极电子发射)。在真空间隙上实际施加的工作场强在5×107V/m以下，用透射电子显微镜观察电极，发现其表面有一些微小凸点，见图2。在凸点尖部电场增强系数达150，从而使局部微观场强超过109V/m，发生显著的场致电子发射。当电压升高时，发射电流密度加大。当阴极上的凸点很尖时，它会发生爆发性的气化，产生微小的等离子体，进而可能引发整个间隙的击穿。当阴极上的凸点不太尖锐时，由它发射的电子束的功率密度很大，在阳极表面产生热点，引起阳极材料的气化，而引发击穿。
图2 电极表面的显微图
微粒引发击穿 在电极表面存在许多尺寸为微米数量级的粒子，它们不太紧密地附在电极表面上。在强电场的作用下，它们带着电荷离开电极表面，并在间隙中加速，直到碰撞到对面电极。因它们的动能很大，引起对面电极材料的熔化、气化，为产生微小的等离子体创造条件。有两种说明飞行微粒产生微小等离子体的模型：①当带电微粒飞行到与对面电极相距几微米距离时，可产生109V/m的强电场，而发生强的场致发射，使局部电极或微粒气化，产生微小等离子体，从而可能引发整个间隙的击穿。②阳极上的微粒向阴极飞行，在途中被阴极发射电流加热、气化，产生微小等离子体。
真空击穿理论还在不断发展。近年来实验观测和理论模型说明，电极表面的绝缘夹杂物，在电极表面上与电极绝缘的金属和非金属微粒都是很强的场致电子发射点。