Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
Основными процеооами заселения резонаноных соотояний атомов ртути в плазме люминесцентного источника овета являются возбуждение из ооновного оостояния 61S0 при столкновениях атомов ртути о электронами и заселение через метаста-билыгае ооотояния 6?? 2: для уровня 63P1 это так называемое перемешивание при взаимодействии о электронами, для уровня 61P1 - отупенчатое возбуждение. Скорости этих процеооов зависят от энергетического распределения электронов, которое В условиях, типичных для работы газоразрядных источников овета низкого давления, существенно отличаетоя от равновесного. Поэтому при изучении физичеоких овойотв плазмы люминесцентных ламп умение экспериментально и теоретически получать функцию распределения электронов по скоростям приобретает первостепенное значение.
Для более эффективного возбуждения атомов ртути выгоднее иметь энергетическое распределение электронов, содержащее возможно большее число быотрых электронов. Вид энергетического распределения определяется величиной напряженности электрического доля в положительном столбе и процеооами
12
взаимодейотвия электронов друг о другом и прочими чаотицами в объеме плазмы. Напряженность электрического поля в положительном столбе разряда постоянного тока устанавливается такой, чтобы энергетичеокое распределение электронов обеопечи-вало рождение новой пары заряженных чаотиц взамен погибшей в результате рекомбинации на стенках или в объеме плазмы. При определенных внешних параметрах разряда (давлении газа, тока и радиуса трубки) напряженность электрического поля фиксирована. Следовательно, средняя энергия электронов и их распределение по скороотям также строго определены.Оптимизация характеристик газоразрядных иоточников овета в этом олучае сводится к выбору внешних параметров разряда такими, чтобы доля энергии электронов, идущая на возбуждение резонансных уровней атомов ртути была максимальной.
Дополнительные возможности может дать нестационарная плазма, а именно плазма динамичеокого разряда. Под динамическим мы будем понимать разряд, характеристики которого периодически меняются во времени вследствие периодичеоких изменений величины проходящего через него тока*, причем чаото-та этих изменений больше или сравнима с чаототой гибели заряженных чаотиц и ограничена сверху требованием, чтобы формирование ФУНКЦИИ распределения ЭЛеКТрОНОВ ПО ОКОРОСТЯМ МОЖя-
но было бы очитать квазистационарным. Типичными примерами динамичеокого разряда являются разряд переменного тока повышенной чаототы (десятки килогерц) и импульоно-периодичеокиЙ разряд (чаотота повторения импульсов тока ~lQp ¦ 1Сг1^).Для динамичеокого разряда характерно сильное изменение напряженности электрического поля во времени, причем в течение заметной доли периода изменения разрядного тока напряженность поля может существенно (в неоколько раз) превышать стационарную величину. Например, в случае импульсно-периодического разряда напряженность поля может превышать величину напряженности, характерную для разряда постоянного тока, в течение всего импульса. Очевидно, что в эти моменты распределение электронов по окороотям будет обогащено быотрыми электронами и возбуждение атомов ртути будет идти более эффективно. Это, как будет показано в дальнейшем, позволяет уэе-
13
личить КПД резонаноного излучения ртути» Важным преимуществом динамичеокого разряда являетоя и то, что путем изменения параметров тока,, например окажнооти импульсов в импульоно-пе-риодичеоком разряде, можно в существенных пределах менять характеристики плазмы и влиять на окорооть протекающих в плазме процеооов, что дает дополнительную нотепень свободы11 для оптимизации характеристик газоразрядных источников света.
Первая глава книги посвящена обоснованию кинетического подхода, который используется нами для описания слаботочного газового разряда низкого давления. Здеоь проанализированы процессы, формирующие распределение электронов по окороотям в положительном столбе разряда в смеси ртути о инертными газами, сформулировано кинетичеокое уравнение, описаны процеооы генерации резонаноного излучения ртути в плазме и его выхода из разрядной трубки. Наряду о введением ооновных понятий, необходимых для дальнейшего изложения, в первой главе предотав-лен и оригинальный матеріал, касающийся законов подобия.Удовлетворительное рассмотрение этого вопрооа отоутотвует в научной литературе; то краткое рассмотрение, которое еоть в книгах В.Л.Грановского - см. [23], А.Энгеля - ом. [74],предота&-ляет ообой фактически некие качественные соображения, пригодные для. сопоставления характеристик подобных разрядов в довольно редких случаях. Нами же описан общий подход к выяснению вопроса 6 свойотвах подобия какого-либо физичеокого объекта. Этот подход применен к положительному отолбу разряда в омеои паров ртути о инертными газами. Показано, что в такой плазме выполняются новые законы подобия, отличающиеоя от из-веотных. ранее тем, что число параметров, достаточных для полного опиоания положительного столба, уменьшается на два, а не на один, как следует из обычных законов подобия. Выяснен фи-зичеокий смысл параметров подобия. Оообенно интереоной и полезной, на наш взгляд, может быть описанная в первой главе методика использования законов подобия для диагностики плазмы.
