Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
M9-N0K^n9(PN9, •PfffTf. IVT) 'N9Ti9(Z1, Z?.f>, X), (1.69)
Для других плазменных характеристик аналогичным образом можно получить .оледующие выражения: ^
Видно, что плазменные характериотики зависят только от четырех комбинаций внешних параметров Z1, z2, р at! вмеото шеотв первоначальных i, Я, Р, N9, г ж ї. Параметр Z1 есть трансформированное число потерь энергии электронами ?~Я2/<АЛ,).Па-
65
раметр Z2 возникает в силу того, что только атомы ртути определяют оператор столкновений в кинетическом уравнении. В этом случае вид функции распределения обусловлен соотношением процессов взаимодейотвия электронов друг о другом и с атомами ртути, т.е. отношением ле/ДГ0 - своеобразной степенью ионизации по отношению к атомам ртути. Инвариантнооть Jie/JVo« как легко получить из уравнения тока (1.66), приводит к инвариантнооти Z2.
Проведенное рассмотрение может быть дополнено уравнением для концентрации JV^ второго метаотабильного ооотояния 63P0. Зоны подобия (1.69)-(1.71) при этомАоотанутоя справедливыми и дополнятся соотношением Np^N^Npiz^Z2, у,X).
Экспериментальная проверка законов подобия (1.69)- (1.71) возможна различными способами. Непосредственная проверка -измерение инвариантных характеристик в подобных разрядах фактически эквивалентна оравнению экспериментально измеренных и рассчитанных о помощью оиотемы уравнений (1.62)-(1.66) плазменных характеристик (для условий работы люминесцентных ламп можно использовать более простую систему уравнений (1.24)-(1.27), (1.14)). Если данные раочета хорошо согласуются о данными эксперимента, то это свидетельствует и о выполнении законов подобия, полученных из той же оиотемы уравнений. В работах [44] -[47] проводилось такое сравнение. Результаты раочета хорошо оовпадали о данными эксперимента.
Однако, как нам кажетоя, более наглядная проверка была проведена в работе [166], в которой исследовалось временное подобие газовых разрядов. Из выражений (1.69)-(1.71) видно, что если в двух разрядах одинаковы параметры Z1 и Z2, то характеристики плазмы должны изменяться во "времени" (х «JV0Ї) одинаково. Другими словами, изменение давления паров ртути приводит к пропорциональному изменению временного маоштаба протекания плазменных процесоов. На рио.1.4-1.7 представлены характеристики положительного столба - напряженность электрического поля, функция распределения электронов по энергиям, концентрации атомов ртути в резонаноном ооотоянии 61P^ и в метаотабильных ооотояниях 63P0 ^ измеренные в импульсно-периодичеоком разряде в смеси ртути о аргоном. Концентрации
66
метаотабильных атомов ртути N7n измерялиоь поперек разрядной трубки» поэтому цриведено произведение N7n Z3^1 где /$ф- эффективная длина, овязанная о радиальным распределением метаотабильных атомов [32]:
V2* Jo JvTo>rf?'
Измерения проводилиоь в трубке диаметром 2 ом и длиной 50 см. Для уотранения продольного электрофореза, возникающего при протекании тока только в одном направлении, каждый второй импульо имел противоположную полярнооть, как показано на рио.1.4. Было установлено, что иоследованные характеристики плазмы изменяются одинаково во "времени". На риоЛ.4 показана завиоимооть напряженности продольного электрического поля в положительном отолбе двух подобных импульсно-перио-дичеоких Hg-Ar-разрядах. Видно, что совпадают не только относительное изменение E во "времени", но в соответствии о законами подобия [46, 95J оказываютоя одинаковыми и абсолютные значения напряженноотей электрического поля в импуль-ое. Для импульоов / использовались JV0= 4•1O?4 омД d,,, = « 2 тор, і в 0,6 А, а для импульоов 2 - ¦ 2•IO 4 ом"3, рлг » 4 тор, і - 0,? А.
На рио.1.6 показано относительное изменение концентрации атомов ртути в ооотоянии 61P1 и метаотабильных атомов ртути в состояниях 63P02 в рассматриваемых разрядах. Причем зачерненные вначки соответствуют следующим условиям разряда: N0 ш 4•1C?4 ом"3. рАг « 2 тор, і ¦ 0,6 А, Ги - 20 мко, длительность паузы Tn ¦ 40 мко; а светлые значки - JV0 = 2 * хїО14 саГ3, рАт - 4 тор, і в 0,35 А, Ги « 40 мко, Тл = 80 мкс.
На рио.1.6 показано энергетическое распределение электронов в рассматриваемых разрядах. Зачерненные значки соответствуют таким уоловиям: JV0» 4•1Cr4 ом""3, J^1, «1 тор, і = » 0,6 А. Тц « 20 мко, Tn - 40 мко; а оветлые значки - JV0 = » 2-І«14 ом"3, рЛг » 2 тор, і ш 0,16 А, Ги = 40 мко, Tn = « 80 мко. Кривые І-3 соответствуют началу импульоа, началу паузы и концу поолеовечения.
68
Особенно убедительно» о нашей точки зрения, справедливость законов подобия подтверждают результаты измерения в таких разрядах интенсивноотей спектральных линий (рис. 1.7, причем светлым значкам соответствуют JV0 = 2•1O14 ®*^9рЛг « = 4 тор, .і s 0,15 А, Ги = 40 мко, Tn= 120 мко; а зачерненным значкам - JVQ = 4•1O14 см"3, рА^ = 2 тор, і «= 0,6 А, Ги = 20 мкс, Tn = 60 мкс )• Интеноивнооть линии опосредованно зависит и от концентрации электронов, и от плотнооти ме-тастабильных атомов, и (особенно) от вида функции распределения электронов за порогом возбуждения атома. В облаоти энергий е )j 7 + 8 эВ ошибки экспериментального определения jf(ir) довольно велики, однако идентичность изменения в импульсе тока свидетельствует о подобии функции распределения и в области "быстрых** электронов.
