Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
181
и до повышения оветовой отдачи люминесцентной лампы. При частоте литания разряда порядка 104 Гц и выше разряд персмеїшо-го тока, как показывают оценки, можно считать динамическим, при этом все ооновныо выводы, полученные на приморе импульоно-периодичеокого разряда, останутся справедливыми и для разряда переменного тока повышенной частоты. Заметим, однако ,что по эффективности воздействия на плазму и по возможностям управления внутренними характеристиками плазмы импульсио-перио-дичеокий разряд несомненно предпочтительнее разряда переменного тока повышенной чаототы.
Существует целый ряд работ (см., например, [15, 16, 36, 66 , 59 , 82 , 83 , 86 , 88, 109]), посвященных изучению электро-кияетичоских и оптичеоких характеристик плазмы разряда переменного тока повышенной частоты. К этим исследованиям тесно примыкают работы по изучению так называемого оинусоидалько-модулированного разряда [25, 106, 108, 111], когда на протекающий через плазму ток накладывается гармоничоское возмущение, амплитуду которого можно менять от малых значений, что позволяет раосматривать влияние модуляции в линейном приближении [25], до значений, оравнимых о величиной протекающего постоянного тока. Эти исследования представляют для нас определенный интерео, поэтому рассмотрим результаты изучения модулированного разряда несколько подробнее. Остановимся на случае большой глубины модуляции тока, позволяющей более сильно влиять на характеристики плазмы.
На рис4.21 цриведены некоторые результаты, полученние при исследовании модулированного разряда в омеои паров ртутк о аргоном [106] (везде точки - данные эксперимента, кривые -расчет). Глубина модуляции была близка к единице. При тпш частотах модуляции, как мы уже выяснили, за изменением тока "следит" концентрация элоктрьнов, поэтому напряженность элокт-ричеокого поля и соответственно температура электронов изменяются по периоду тока слабо. Это хорошо видно из рие.4.21,а,? на которых приведены результаты измерения ле и *Те при частотах модуляции тока 125 Гц и 1 кГц. При частоте <> в 125 Гц температура электронов изменлетоя довольно слабо, концентрация электронов модулирована значительно сильнее. Увеличение
182
' ' ' '_L
О 0,25 1 U 16 6U /,Кгц
Рио.4.21.
183
частоты до 1 кГц заметно меняет картину. В исследованных разрядных условиях время амбиполярного ухода электропов на стенки трубки составляет примерно 1СГ3 с. Это время сравнимо с частотой модуляции тока, его изменения не успевают "отслеживаться" концентрацией электронов, поэтому возникает сильная модуляция напряженности электрического поля и, как следствие, наблюдается модуляция температуры электронов.
На рио.4#21,в-<) приведены зависимости усредненных по времени концентраций резонансных атомов ртути в состоянии 63P1 температуры и концентрации электропов, интенсивности двух линий ртути: Xr = 253,7 и Я = 435,8 нм в завиоимооти от частоты модуляции разрядного тока. Интенсивности линий измерены при трех значениях тока: 0,4; 1,0 и 2,0 А. Видно, что наиболее оильное воздействие на усредненные элек-трокинетичеокие характеристики плазмы наблюдается при частотах порядка нескольких килогерц. Дальнейшее увеличение частоты модуляции тока приводит к тому, что <>Г€>, <ЛГҐ) и <лр) приближаются к своим значениям в разряде постоянного тока.Рас-оеиваемая в плазме электрическая мощнооть поддерживалась постоянной и контролировалась по температуре отенок разрядной трубки, что по-видимому, вряд ли можно считать достаточно обоснованным, так как относительная доля потерь энергии электронов, приходящаяся на нагревание отенок трубки, может изменяться как при переходе от стационарного разряда к динамическому, так и при изменении частоты модуляции разрядного тока. Изменение Ob)/IjcQ более сложно, на ход зависимости сильно влияют условия разряда и, в чаотнооти, величина разрядного тока.
Несмотря на достаточно большое количество работ по v> следованию характеристик плазмы разряда переменного тока повышенной частоты, основной вопроо о причинах роста световой отдачи источника света, работающего в динамичеоком режиме, однозначно решен в них не был. Это и не удивительно, так как понять причины изменения лучистой отдачи плазмы при переходе от стационарного к динамическому режиму питания невозможно без всестороннего исследования физических свойотв плазмы источника света и изучения воздействия внешнего периодического
184
возмущения на процесоы, протекающие к ней; ярким примером такого воздействия является динамичеокий разряд.
Особенности протекания электричеокого тока в рамзауэровоких газах. В основе проявления динамических особенностей в разряде переменного тока повышенной чаототы по-прежнему лежит условие максимального увеличения напряженности электричеокого поля в плазме, вызывающее роот числа быотрых электронов функции их распределения по энергиям. Мы выяснили, что увеличение напряженности поля будет наибольшим цри частоте изменения тока, когда концентрация электронов и метастабильных атомов не завиоит от времени. Для разрядных условий, близких к работе люминесцентных ламп, этому требованию удовлетворяет частота о ^ 10 кГц. Рассмотрим именно этот случай как наиболее интересный в аспекте увеличения оветовой отдачи плазмы. Для нао важно также и то, что условие поотоянства во времени пе и N7n позволяет сравнительно проото довести решение задачи до аналитических выражений для раочета характеристик плазмы разряда переменного тока повышенной частоты [30].
