Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Рис.5.2.
203
радиусе температура электронов выше и, следовательно, больше вклад потерь энергии от неупругих столкновений. Однако с уменьшением давления инертного газа, отеночные потери "вклю-чатоя" раньше, и макоимум <*УДет наблюдаться при давлении р? >P1. В такой ситуации региотрируютоя взаимопересекаяь
щиеоя завиоимооти 3jr (р)- при ^ .малых давлениях,выше эффек-
тивность излучения плазмы в более широких трубках, а при больших давлениях - эффективность выше в более узких трубках.
0,6
0,2
_ R=0y5cM\ і = 0,7А
5 р,торр
Рио.5.3.
Завиоимооти эффективности резонаноного излучения от давления инертного газа для положительного отолба разряда в смеси ртути о разными инертными газами приведены на рио.5.3. Различия зависимостей 7^г(р) обусловлены,главным образом, электрокинетичеокими характеристиками плазмы. Как показывают раочеты, о роотом массы атома инертного газа уменьшается оредняя энергия электронов и увеличивается их концентрация, что, естественно, меняет энергетичеокий баланс в плазме. Заметно меньшая эффективность резонаноного излучения разряда в омеои паров ртути о коеноном связана о меньшей средней энергией электронов.
2. І Энергетичеокий баланс плазмы
I в условиях импульсно-периодического разряда
Как уже отмечалооь, при переходе к динамичеокому режиму существования плазмы появляются новые возможности для изменения внутренних ее характеристик путем варьирования параметров модуляции разрядного тока. Наибольшие возможности,как мы видели, появляются в импульоно-периодическом разряде при
204
достаточно выоокой частоте повторения импульсов. В этом олу~ чае концентрации электронов и метаотабильных атомов ртути не изменяются во времени, а средняя энергия электронов в импульсе максимальна и зависит от скважности импульсов тока. Меняя скважнооть импульсов, можно воздействовать на процеоо перераспределения энергии между каналами потерь и таким образом выбирать оптимальные условия для работы газоразрядных источников света низкого давления. В разряде постоянного тока трудно изменять среднюю энергию электронов в широких пределах и нельзя доотичь таких высоких ее значении, как в плазме импульоно-периодичеокого разряда, поэтому возможности оптимизация этого режима существенно меньше. Наполнение люминесцентных ламп смесями нескольких инертных газов позволяет воздействовать на характеристики плазмы в определенных пределах [31, 122], но по сравнению о динамическим разрядом эти возможности также невелики.
Раоомотрим подробнее распределение энергии электронов в импульоно-периодичеоком разряде по каналам потерь. Этот режим не.только самый интереоный. но и самый проотой: он позволяет довольно легко проанализировать зависимость плазменных характеристик от уоловий разряда.
Потери энергии в облаоти неупругих столкновений электронов. Легко показать, что мощнооть, идущая на эти потери в плазме импульоно-периодичеокого разряда при выоокой чаототе повторения импульсов тока, может быть раоочитана следующим образом:
(5.5)
(ГвГи + Гп- период повторения импульсов тока). Выражения для потерь от неупругих столкновений в импульсе и поолеовечении совпадают с (5.1), т.е. оовпадают о тем, что мы получили для разряда постоянного тока, однако раоочитывать их следует с другой температурой электронов. В промежутке между импульсами потери энергии много меньше (на два-три порядка) потерь энергии в импульое, поэтому в (5.5) вторым слагаемым можно пренебречь:
205
Pa
Чтобы найти удельную энергию, затрачиваемую на неупругие оо-ударения в единицу времени, полученное выражение надо проинтегрировать по оечению разряда. Интегрирование можно провеоти так же, как и раяк_е:
f ш# 12
Потери энергии при упругих столкновениях электронов о атомами инертного газа раоочитываются аналогично. При этом вкладом послесвечения пренебрегать нельзя, так как потери от упругих столкновений в паузе между импульоами тока могут составлять заметную долю от потерь данной природы за весь период повторения импульоов тока. Удельная мощно о ть, рассеиваемая при упругих ооударениях, равна:
-0.43atJ?4«»f-M(—) + 1
L T ^ Ai Um T Чг/а.п J f-*/2 Потери энергии электронами на стенках разрядной трубки. Эти потери энергии расочитываютоя так же, как потери и вследствие неупругих столкновений. Вклад поолесвечения, как и в случае упругих ооударений, сущеотвен, оообенно при больших окважностях импульоов.
Эффективность спектральных линий ртути и удельная мощ-нооть излучения находятся о помощью выражений, аналогичных стационарным, и представляют ообой сумму двух слагаемых, первое из которых ооответотвует импульсу тока и температуре электронов (кТЄц), второе - паузе между импульоами и температуре (*Теп).
Эффективность резонаноного излучения ртути. Качеотвеино легко понять возможные изменения величины 7[г при переходе от стационарного к динамическому режиму питания лампы. В условиях импульсно-периодического разряда значение электронной температуры в импульсе тока выше стационарного (при одинаковой
2С6
мощности разрядов), причем тем выше, чем больше скважность импульоов тока. Следовательно, по мере роота іеГе должна увеличиваться доля потерь энергии от неупругих столкновений в общем балансе мощнооти электронов за счет уменьшения долей "упругих" и отеночных потерь. При этом внутри оамих потерь от неупругих соударений происходит перераспределение мощности в пользу процессов о большим энергетическим зазором.Мощность, приходящаяся на возбуждение уровня 61P1, растет о повышением температуры электронов быотрее, чем мощность,идущая на возбуждение уровня 63P1. в оилу разницы в энергиях возбуждения: = 6,7 эВ, ег ¦ 4,9 эВ.
