Справочная книга по светотехнике - Айзенберг Ю.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Методы, применяемые при зажигании ГЛ, предусматривают снижение напряжения зажигания за счет конструкции лампы или создание различных схем, обеспечивающих подачу иа ГЛ повышенного напряжения, достаточного для зажигания разряда. Снижение напряжения зажигания достигается: 1) введением в ГЛ вспомогательного зажигающего электрода и подбором рода и давления наполняющего газа; 2) активировкой катодов, снижающей работу выхода электронов; 3) предварительным накалом катодов, обеспечивающим термоэлектронную эмиссию электронов; 4) созданием начальной ионизации в объеме газа, например, при помощи высокочастотной искры от индуктора или при помощи радиоактивных препаратов; 5) применением проводящих полос на поверхности лампы, изменяющих распределение электрического поля, и т. п.
Схемы зажигания различных ГЛ рассмотрены в соответствующих параграфах разд. 6.
72
Источники оптического излучения
(Разд. 4
Стабилизация разряда необходима потому, что подавляющее большинство ГЛ работает на падающих (или горизонтальных) участках вольт-амперной характеристики, на которой с ростом тока напряжение на ГЛ падает. Поэтому устойчивая работа ГЛ возможна только прн наличии в схеме устройств, ограничивающих силу тока в заданных пределах (см. разд. 6).
Столб ГЛ внешне представляет собой область разряда, заполненную однородным по длине свечением. Столб характеризуется постоянным значением продольного градиента потенциала Е. Длину столба 1СТ можно Менять в широких пределах, изменяя расстояние между электродами и необходимое для поддержания разряда напряжение на лампе.
При низком давлении газа (или пара) (до нескольких сот паскалей) и малой плотности тока (до 1 А/см2) свечение заполняет все сеченне трубки, слегка спадая к стенкам. Яркость свечення невелика. Градиент потенциала составляет от долей до нескольких В/см. Начиная с давления порядка килопаскалей, с ростом давления растет градиент потенциала, яркость свечения увеличивается и разряд постепенно стягивается к оси. Чем выше давление, тем больше стягивание и тем выше яркость. Одновременно с ростом давления н плотности тока происходит перераспределение излучения по спектру.
По физической природе столб разряда представляет собой плазму, т. е. газ или пар, состоящий из нейтральных атомов н содержащий «примесь> электронов н ионов. Концентрации электронов и иоиов в каждом элементарном объеме практически равны между собой, благодаря чему плазма квазинейтральна. Исключение составляют пограничные слои у стеиок колбы и у электродов, где эта нейтральность нарушается. Концентрация электронов (и ионов) в столбе стационарного разряда составляет обычно 10-4—10-2 коицеитрации нейтральных атомов.
Внешнее электрическое поле, приложенное к столбу, вызывает ускоренное движение электронов. В результате различного рода соударений с атомами электроны передают им энергию. При упругих соударениях вследствие большой разницы в массах электроны передают атомам очень малую часть энергии, равную приблизительно 2гП'/та (например, для ртути 2те/тНг «2/1840Х Х200»5,4-10_в), но резко меняют направление движения. Поэтому движение электронов в столбе носит хаотический характер. При низком давлении газа и малой плотности тока из-за относительно малой передачи энергии атомам электронный газ нагревается до температуры в десятки тысяч кельвинов (электронная температура), в то время как температура газа нейтральных атомов, на которые электрическое поле не действует, лишь немногим превышает окружающую. В стационарном разряде нагрев электронного газа компенсируется охлаждением за счет передачи энергии атомам газа. В столбе разряда низкого давления основными процессами передачи являются возбуждение и ионизация атомов. Возбужденные атомы, возвращаясь в состояния с меньшей энергией, испускают при этом избыток энергии в виде фотонов, которые, покидая разряд, уносят энергию с собой. Образующаяся в результате ионизации пара электрон — нон идет на пополнение потерь заряженных частиц. В разряде низкого давления потеря заряженных частиц происходит в основном в результате их рекомбинации на стенках колбы, куда они попадают за счет диффузии. При этом они отдают свою энергию стснкам, вызывая их нагревание.
В разряде низкого давления и прн малой плотности тока наибольший поток излучения сосредоточен в так называемых резонансных линиях, т. е. при длинах волн, соответствующих переходам возбужденных атомов из
«нижнего» возбужденного состояния в основное невозбужденное. При особо благоприятных условиях в резонансное излучение может преобразовываться до 80— 85 % подводимой к столбу энергии.
По мере повышения давления и плотности тока растет число различных соударений между электронами и атомами газа и вместе с тем обмен энергией между ними. В результате температура электронов падает, а температура газа возрастает. При давлении порядка 105 Па и выше и токе в несколько ампер температуры электронов и газа становятся практически равными друг другу и достигают 4000—5000 К и более (термическая плазма). Возникающий в этих условиях большой перепад температур от осевых частей разряда к периферии приводит к стягиванию разряда в яркий светящийся шнур, окруженный темной оболочкой. Это связано с
