Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Предположим, что в результате внешнего воздействия, например изменения разрядного тока, средняя энергия электронов начинает колебаться относительно значения Eq . Предположим такхе, что эти колебания симметричны в обе отороны, тогда /сродненное по времени значение частоты амбиполярной диффузия не изменится, а сродное значение чаототы ионизации <%>{> будет больше стационарного <РІ0. Балано числа заряженных частиц марушитоя, если не изменится (уменьшится) значение оред-ией энергии, относительно которого будут происходить колебания ё, а это значит, что <?>/е0<1. При этом для отношения частот ионизации мы получим аналогичное неравенство:
±(т*іШ<«. <i. <«.«
В условиях прямой ионизации атомов, неравенство (4.1) означает уменьшение чаотот воех "неупругих" процессов, протекающих в плазме, при переходе от отационариого к динамическому разряду. Действительно, о изменением напряженности злектрического поля функция распределения электронов существенно изменяется в области быстрых электронов, причем тем сильнее, чем выше энергия электронов. Следовательно, если уо-редненное по периоду колебаний тока значение частоты прямой ионизации (реакции о максимальным эиорготичеоким зазором) уменьшается, то тем более уменьшаются оредние значения чаотот процессов возбуждения, имеющие меньший энергетический зазор реакций.
В случае преимущественно отупенчатой ионизации в ота-дяонариой плазме (случай, соответствующий условиям работы люминесцентных ламп) картина оказываетоя сложнее. Для атома ртути, ионизуемого отупенчато из метаотабильного ооотояния
147
bmXo
63P2, порог ионизации эВ. Следовательно, уоредненэд
значения окороотей процеооов о пороговой энергией меньше 5 эВ в условиях динамичеокого разряда будут меньше стационарных 8наче рий. Но чем выше расположен уровень, тем оильнее скорость его прямого возбуждения (z0*) завиоит от є. В тех фа-в ах тока, когда ?>?0, например в импульое тока, значение Z0^ может настолько превышать стационарное, что уоредненяая
за период величина будет больше значения скоросп реакции в отационарных условиях. На рио.4.2 приведены результаты расчета окороотей прямого возбуждения уровней атома ртуп (73Sj - кривая I1 VP{ -кривая 2, 63J^ - кривая J) разряда переменного тока повышенной чаототы в смеои паров ртути о аргоном. При раочете исполь-зовалиоь данные об элект-рокинетичеоких характеристиках плазмы из работы [31]. Видно, что для уровня 73S1. имеющего порог возбуждения в макоимуме тока
Рис.4.2.
S0^ 7,7 аВ,
(максимум напряженности электричеокого поля) окорооть прямого возбуждения увеличивается более, чем в пять раз, для уровня 6 ^P1 - более, чем в четыре раза. Усреднение окороотей этих процессов по периоду колебания тока дает величины, большие стационарных. Средние значения скорости прямого возбуждения уровня 63P1 и скорости отупенчатого возбуждения уровня 7*${ из метаотабильного соотояния 63Р> (кривая4), как и следовало ожидать, оказываются меньше отационарных значений. (Скорости возбуждения отнеоены к значениям окороотей в разряде постоянного тока»)
148
Можно также отметить, что при условии поотоянотва вкладываемой в положительный отолб разряда электричеокой мощности, неравенство (4.1) неизбежно приводит к обратному неравенству для концентраций электронов: ле/пе0>1. Потери энергии электронами в плазме газоразрядного иоточника овета практически полностью обусловлены их неупругими ооударениями с атомами ртути. Эти процеосы характеризуются окороотью z* которая имеет энергетичеокий порог є*а 5 зВ, и поэтому в положительном столбе динамичеокого разряда ее усредненная величина должна уменьшаться. С помощью уравнения баланса энергии легко получить, что условие равенства вводимых в плазму электрических мощностей для стационарного и динамичеокого разрядов означает выполнение равенотва 7ie<z*>=ne0z*, откуда следует неравенство:
*е _ Zt
пе0 < z* >
> 1 .
Таким образом, в олучае ступенчатой ионизации переход к динамическому режиму приводит к онижению уоредненных по периоду изменения тока окороотей воех отупенчатых процеооов возбуждения и может приводить к росту уоредненных окороотей прямых процеооов, если энергетичеокий зазор реакции в достаточной отепени превосходит энергию ступенчатой ионизации атомов ртути. Путем изменения параметров модуляции тока, например длительности импульоов и чаототы их повторения^ олучае импульоно-модулироваяного разряда можно изменять скорости различных процеооов возбуждения и ионизации атомов, т.е. ими управлять. В этом, как нам кажется, заключается основная особенность динамичеокого разряда, • которая имеет большое практическое значение, например для управления значениями концентраций возбужденных атомов (ооздание инвероной заселенности), для уоиления или ослабления каких-либо плазменных процеооов (плазмохимия), для излучения элементарных процессов и т.д. В данной книге будут рассмотрены возможности использования опецифики динамичеокого разряда применительно к газоразрядным источникам овета низкого давления о целью оптимизации условий их работы.
149
2. I Плазма
I импульоно-периодического разряда
