Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
В работе [32] предложен метод реабоорбции, учитывающий сложную структуру опектральных линий. Метод предполагает совпадение контуров линий попускання и поглощения, что выполняется в том случае, если отношение концентраций атомов на верхнем и нижнем уровнях одинаково для разных изотопов .Данное условие выполняется для излучающих уровней, возбуждаемых из основного ооотояния, и для поглощающих уровней, продолжительность жизни которых не зависит от концентрации изотопов. Последнее справедливо для метастабильных уровней и для уровней, распадающихся при слабом пленении радиации [32]. Если же уровень раопадается радиационно и пленение существенно, то изотопный соотав данного уровня будет отличатьоя от изотопного соотава ооновного оостояния и будет зависеть от конкретных условий эксперимента. Как показывают оценки, в плазме положительного отолба разряда низкого давления в смеси паров ртути о инертными газами пленение резонансного излучения атомов ртути существенно. Следовательно, можно ожидать, что распределение концентраций атомов ртути по изотопам на уровнях 61P1 и 63P1 не будет повторять распределения в основном состоянии.
Рассмотрим уровень . Если очитать, что он заоеляется электронным ударом из ооновного состояния и благодаря электронному перемешиванию о метаотабильными состояниями 63P02, а
98
разрушение являєтоя радиационным и тушение резонансных уровней мало (это требование хорошо выполняется в обсуждаемых условиях - см., например, [60]), то для концентрации /.-го изотопа на данном уровне по оои разряда можно записать:
где N{J\n?{\ Nyf \ Nq^ - кощентрации /-го изотопа в состояниях 6ЩЧ 63P2, 6*Р0 и 61S0 соответственно; A^ -эффективная вероятность вылета резонансного фотона / -го изотопа с оои разрядной трубки; z0r - окорооть возбуждения электрошшм ударом уровня 6Щ из ооновного ооотояния; zmr и zur скорости процеооов электронного перемешивания уровняем4 с электронами уровней 6?? 2 » ле ~ К0НЦентРадия электронов. Обратим внимание на то, что для нечетных изотопов суммарная вероятность равна вероятности перехода для отдельной і-й сверхтонкой компоненты A(Jp, так как расщеплен только верхний (резонансный) уровень и распределение концентраций оо его сверхтонким подуровням равновесное. В формуле (2.5)
для нечетных изотопов А^^-^-Л^Ч ^^«2!!^?^^^«^'0-Здесь суммирование ведетоя по сверхтонким подуровням резонансного и метастабильного уровней /-го нечетного изотопа. Для удобства перейдем к относительным концентрациям / -го изотопа. Для концентрации атомов ртути в 63P1-оостоянии имеем Xj=N<})/Nr (Nr - оуммарная концентрация атомов ртути в {^-состоянии). Аналогично для /-го изотопа в основном оостоянии \)} * N^i VJV0.
В условиях, близких к условиям работы люминесцентных ламп, метаотабильные уровни заоеляютоя преимущественно электронным ударом из основного ооотояния и разрушаютоя также при столкновениях о электронами в объеме [43, 60]. Их концентрацию можно выразить следующим образом:
m U zp*ap.m Ji 0 zp*5p.w
Здесь z0m20fjl - окорооти возбуждения 63JJ2 -уровней атома
99
ртути электронным ударом из ооновного состояния; zpaap.„ і Zpasp.p. " окорооти разрушения метастабильных атомов в результате столкновений с электронами. Очевидно, что распределение метаотабильных атомов по изотопам оовпадает о распре делением атомов в ооновном состоянии. Тогда уравнение (2.5 записывается в виде
г } Щ OJf Є\ ОГ mr Zpaap.m /^Zpasp.jt/
Разделив это уравнение на аналогичное для (/Vi)-го изотопа, придем к соотношению
*І«А%1) '
Отоюда, принимая во внимание, что xjmf и легко
получить выражение для относительной концентрации ^-го изотопа в 63і?-ооотоянии:
Эта формула справедлива и для относительных концентраций ато мов ртути в 61P1 -ооотояяии, так как заселение этого урови
ПРОИОХОДИТ Также ИЗ ОСНОВНОГО И МетаСТабИЛЬНОГО 63Pg-COCTOI
ния электронным ударом, а разрушение являєтоя радиационным.
Эффективную вероятность вылета резонаноного кванта, ю пускаемого j-м изотопом о оси разряда за его пределы, моя определить по формуле, взятой из работы [И]:
где аг-Д^/Д^0 - параметр Фойхта; - коэффициент под» щения в центре /-й компоненты резонансной линии; х - радії ционное время жизни верхнего состояния рассматриваемого пере хода (в данном случае для уровня 63Pf - Xr e ІД5-Ї0*7 с, PP1- Xp » 1,3-Ю""9 о); JR- радиус разрядной трубки.
Формула (2.7) справедлива, когда контур /-Й компонея фойхтовский и когда оптическая плотнооть э? .R^lff*, а пар*
100
метр ar)j 5•1(T2 [И]. В этих случаях центральная (допле-ровская) чаоть контура почти полноотью поглощается и перенос излучения осущеотвляетоя в ооновном лоренцевской чаотью контура. Данные требования хорошо выполняются в диапазоне условий работы люминесцентной лампы.
С помощью соотношения (2.6) легко расочитать относительные концентрации основных изотопов ртути в состояниях Щ и 61P1 на оои положительного отолба разряда в смеси паров ртути с аргоном. Результаты раочета для оильного пленения резонансного излучения (давление паров ртути соответствует температуре отенок трубки 7O0C) приведены ниже:
