Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Глава 6
ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ РТУТИ
И СВЕТООТДАЧА Ш1ИНЕС1ЩТНЫХ ЛАМП
Световая отдача люминеоцентных ламп определяется не только процессами возбуждения резонаноного излучения ртути, но и временем, в течение которого это .излучение выходит из плазмы. Резонансное излучение ртути в условиях, характерных для работы люминесцентных ламп, эффективно поглощается атомами ртути в ооновном ооотоянии, поэтому процеоо выхода резонансного излучения из плазмы напоминает процеоо диффузии. Многократное поглощение и переизлучение резонаноных фотонов приводит к тому» что эффективное время вылета фотонов о оои разрядной трубки за пределы плазмы увеличивается более чем на два порядка (естественное время жизни атома ртути в оостоянии 63P1 ооотавляет величину ^ IQ""7 о [69]). В случае, когда тушение 63^-соотояний мало, пленение излучения, как уже отмечалооь в гл.1, не окажется на выходе резонаноного излучения: вое фотоны, рожденные в плазме, рано или поздно выйдут из трубки. Если же эффективное время вылета резонаноных фотонов о оои разряда сравнимо о временем тушения возбужденных ооотоянии, то уменьшение т*Ф может увеличить оветовую отдачу плазмы.
Одним из путей изменения отепени пленения резонансного излучения и, таким образом, воздействия на оветовую отдачу люминесцентной лампы является варьирование изотопного ооотава ртути [63, 93, 94]. Авторами работ [75, 101] иоследовалось влияние обогащения природной ртути изотопом на световую
отдачу люминесцентной лампы. Экспериментально было показано, что доведение его содержания до 3+5% повышает оветоотдачу на 2,5 ¦ Ь%. Методом Монте-Карло был проведен также раочет контура резонаноной линии ртути о длиной водны 253,7 нм, испускаемой положительным столбом разряда, и оделана оценка полной ве~
218
роятнооти выхода излучения из плазмы. Результаты раочетов в целом подтвердили данные эксперимента, однако теоретичеокое описание влияния изменения изотопного ооотава на выход резонансного излучения не обладало необходимой полнотой и касалось, главным образом, изменения контура резонансной линии ртути о Яг я 253,7 нм. Как обеопечить наиболее оптимальные условия работы газоразрядного иоточника света путем изменения изотопного оостава ртути, до какой отепени возможно увеличение оветовой отдачи, каково влияние варьирования концентраций отдельных изотопов на светотехнические характеристики люминеоцентных ламп и, наконец, как на вое это влияет перекрытие сверхтонких компонент - этим вопрооам и поовяшена данная глава.
1. !Изотопный оостав ртути.
I Сверхтонкая отруктура спектральных линий
Сверхтонкая отруктура спектральных линий обусловливается наличием у ядер магнитного момента, связанного о механическим моментом ядра. Ядра изотопов одного и того же элемента могут обладать разными ядерными магнитными моментами, поэтому каждый из изотопов может давать овое ооботвеняое сверхтонкое расщепление. Структура опектральных линий, иопуокаемых естественными образцами элементов, обогащается также воледотвие изотопического одвига уровней. Линия более тяжелого изотопа имеет большую чаототу, т.е. о двинута по отношению к линии более легкого изотопа в фиолетовую сторону. В результате совместного воздействия сверхтонкого раощепления и изотопического сдвига уровней спектральные линии элементов, имеющих несколько изотопов, часто предотавляют собой довольно оложную структуру. Примером может служить ртуть, имеющая оемь основных изотопов (табл.6.1), входящих в общую естественную смесь [69]. Четные изотопы обладают нулевыми ядерными моментами, поэтому они будут давать проотые линии, но несколько смещенные относительно друг друга из-за изотопического одвига. Нечетные изотопы имеют ненулевые ядерные моменты, взаимодей-
219
Таблица 6.1
Изотопы
Атомный вео Четные Нечетные
204 202 200 198 196 201 199
Процентное оодержание 6,85 29,79 23,13 10,02 0,15 13,22 16,84
отвие которых о электронной оболочкой атома приводит к появлению дополнительных компонент. Их число определяется начальным и конечным ооотояниями атома и правилами отбора [69].
Ооновное внимание в этой главе мы уделим рассмотрению интеноивнооти более длинноволнового резонаноного излучения ртути (о Ят « 253,7 нм). Это овязано о тем, что, во-первых, в люминесцентных источниках овета главную роль в возбуждении люминофора играет резонаноное излучение ртути с Ят = 253,7 нм, и во-вторых, влияние вариаций изотопного оостава ртути на интеноивнооть резонаноной линии о Яр ^ 184,9 нм будет незначительным. Еотеотвенное время жизни атома ртути в ооотояниях 6У> и 63P1 ооотавляет ооответотвенно 10"9 и 10~7 о. Из-за пленения резонаноного излучения в плазме эффективное время вылета резонаноных фотонов в уоловиях работы люминеоцентных ламп будет на два-три порядка больше еотеотвенного. При этом, как уже отмечалооь в гл.1, эффективное время вылета фотонов с длиной волны 253,7 нм т^Р = 10""5 + 10""4 о может оказаться оравнимым о временем тушения оостояний 63P1, для второго же резонаноного ооотояния 61P1 эффективное время = I0"7 + ¦ 10"^ о будет воегда много меньше характерного времени тушения в уоловиях плазмы газоразрядных источников овета низкого давления. Следовательно, процеосы тушения не будут влиять на интеноивнооть резонаноного излучения 184,9 нм. Это значит, что варьирование изотопного ооотава ртути не будет влиять на эффективность излучения для данной резонаноной линии.
