电晕放电是指气体介质在不均匀电场中局部自持放电的一种气体放电形式。当电极处于强电场之中，背景电场强度未达到空气击穿电场强度时，但由于小曲率半径电极对电场有畸变作用，因而在电极尖端附近的电场强度变强，导致电极尖端附近的气体介质达到电离电场阈值，发生局部击穿电离从而发生电晕放电现象。电晕放电强度主要取决于电极附近环境因素，即是取决于外部施加背景电场强度的大小、电极的形状、气体的性质和密度等环境条件，其中背景电场强度和电极形状的共同影响表现为尖端畸变电场强度大小和畸变影响范围。因此在初始电子充足的情况下，电晕放电的放电特性归根结底只与尖端附近畸变电场强度大小与气体本身的电离特性有关。

在微观中，认为气体放电主要以自由电子碰撞电离为主。电子碰撞电离放电机理认为，在外界环境电场的作用下，初始电子在这个背景电场中获得电场能转化为自身动能，并在运动过程中不断与气体原子或者气体分子发生碰撞。气体中的自由电子和空气原子或分子发生碰撞，当电子动能比较小时，碰撞前后电子、空气原子或分子的动量都不发生改变时称之为弹性碰撞。但是当电子超过一定动能的情况下，再与空气原子或分子发生碰撞时，其能量会传递给内部电子，使内部电子从低能级轨道暂时跃迁到高能级轨道变成激发态，当其电子降回低能级轨道时，便以光能的形式释放出能量，其过程如图1.1（a）所示。当电子能量足够大时，被碰撞的空气原子或者分子会失去外部轨道中的电子而成为正离子，此时发生的现象称之为碰撞电离，如图1.1（b）所示。

图1.1 自由电子与空气原子的碰撞过程

首先部分空气分子或原子在自然环境下被高能光子、宇宙射线电离形成正离子和自由电子，或是空气中本来含有的少量自由电子共同形成为初始电子。在环境电场的作用下，正离子和电子沿电场方向分别向相反的方向运动。由于电子的质荷比很小，因此很容易在电场中获得能量并且被加速到很高的速度，这些高速电子再与中性粒子碰撞电离产生更多的正离子和自由电子，最终形成链式反应，该过程称为电子雪崩，如图1.2右图所示。在正电晕发生过程中，电子被吸引到正电极附近，正离子被向外排斥。在负电晕发生过程中，情况则恰好相反。距离电极尖端一定距离之后，畸变的电场强度大幅下降，无法达到将空气电离的电场强度。所以说，关键的电离区域分布在尖端表面附近，会在电极附近累积空间电荷，形成的电荷层对电极附近的电场造成影响。在自然雷云环境下形成的地面电场，远不能维持给予自由电子足够的能量去撞击其他气体分子，使被撞击气体分子发生碰撞电离，但是在尖端附近形成畸变电场强度，足以给予电子撞击其他气体分子产生电离所需要的动能，使得碰撞电离链式发展，最后宏观上形成电晕放电现象，因而在雷云电场环境下的电晕放电一般发生于尖端附近。所以关于尖端电晕放电电场强度阈值的测试，实则就是为了得出使初始电子与其他气体分子碰撞电离最终能够形成电子雪崩所需电场强度，其第一电离能决定了这个动能的最小值，气体本身的特性则影响着电子平均自由程。

图1.2 左图为电晕放电的起始，右图为电子雪崩