Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
3. I Результаты исследования плазмы I импульоно-периодичеокого разряда
В этом разделе будут рассмотрены лишь некоторые основные результаты исследования плазмы импульоно-периодичеокого разряда в омеои паров ртути о инертными газами. Эти результаты позволяют получить общую картину о овойотвах динамиче-окой плазмы, более детальные сведения можно найти в работах, ооылки на которые будут даны в разделе.
Электрокинетичеокие характеристики плазмы импульоно-периодичеокого разряда. Mh уже отмечали, что главным вопросом при изучении овойотв неравновеоной плазмы является вопрос о нахождении функции распределения электронов по энергиям. При исследовании динамияеокого разряда предотавляет интерео также и эволюция функции распределения во времени. В работе [43] иооледовалаоь релакоация характеристик плазмы, в том числе я функции распределения электронов, в достаточно длинном импульое тока импульоно-периодичеокого разряда в омеои паров ртутж о аргоном. Импульо тока был близок по форме к прямоугольному, его длительность и чаотота повторения выбирались так» образом, чтобы Ги и Tn были меньше времени амбипо-
156
дярной диффузия Te„.j.Ha рио.4.4 приведены результаты измерения в импульое тока напряженности электрического поля,концентрации и оредней энергии электронов. Sa промежуток времени между импульсами концентрация электронов несколько уменьшается, поэтому начало импульоа тока овязано о наличием максимума напряженности поля. Однако превышение E(I) и є(J) над стационарными значениями (отмеченными нулевыми индексами взяты при I0) овязано не только о уменьшением концентрации электронов в пауза тока. Как видно из риоунка. пАі) релав-
0,41_I_і_і
О 50 100 150
Ьу мкс
Рио.4.4.
сирует к значению, соответствующему току в импульое, проходя через минимум, и тем самым увеличивая значение напряженности воля в макоимуме. Наблюдаемое немонотонное изменение концентрации электронов в начале импульса тока овязано оо отупенча-тш характером ионизации в плазме и о распадом концентрации ¦етастабильных атомов в ооотояниях 63^ и 63P2, происходящим в поолеовечении разряда. Нагрев электронов до энергии І~є0. происходящий практически оразу же после включения тока, обеспечивает уход электронов на отенки разрядной трубки оо скоростью, близкой к отационарной. Такой относительно быстрый уход оказывается больше рождения электронов в результате оту»
157
пенчатой ионизации, так как концентрация метаотабильных атомов ртути (N}n<D) уопела за время послесвечения уменьшиться примерно вдвое в условиях эксперимента. Увеличение скорости отупенчатой ионизации (гт-х), которое происходит в начале импульса (его длительность 150 мко), не компенсирует уменьшения Nm , поэтому т~хмб >Nm zMX> и концентрация электронов уменьшается. По мере роота концентрации метаотабильных атомов ртути в импульое раотет чаотота ступенчатой ионизации и соответственно концентрация электронов.
Следует заметить, что релаксация характеристик плазмы в импульсе тока может нооить как апериодический, так и колебательный характер. В работе [44] показано, что характер релаксации плазменных характеристик определяется только одним параметром
W * Є[ ХП а 3 -^- .
Характерными чаототами релаксации при этом являются
где D-(Iu1-UZ)(Ur2-U/), иг12«3±У*Г. Если 2>>0, т.е. ш4 иди W2, то частоты 2 действительны и положительны и релаксация характеристик плазмы нооит апериодический характер. Если D < 0, то чаототы <>t ^ являются комплеконо-оопряжен-ными и релаксация формально является колебательной. Но колебательный характер релакоации реально почти не проявляется, так как в области wx<bx<w2 время экспоненциального затухания т ~2tm/(1+иг) оказывается значительно меньше периода колебаний: Т^2%хт/}/\В\Ла рис.4.5 приведены результаты расчета релаксационных кривых для пе(1) и N7n(I) в импульое тока при разных значениях ur« U10(X7n/tewtf) в наиболее интересной для нас диапазоне: от 0,05 до 2. Видно, что релаксация концентрации метаотабильных атомов ртути во всех случаях проходит через максимум, а функция ле(ї) может как иметь минимум, так и не иметь его, что зависит от степени уменьшения плотности Nm в промежутке между импульоами тока.
158
Для плазмы люминесцентных ламп характерное время разрушения метаотабильных атомов в ее объеме, при столкновениях с электронами как правило, ооотавляет величину тт-MCP3 + ICT4 о (напомним, что время диффузионной гибели метаотабильных атомов на стенках разрядной трубки ICT^ с, т.о. на порядок и больше превышает время их гибели в объеме,
Рис.4.5.
поэтому данный процеоо мы не учитываем). Время амбиполяряой диффузии гШмб при давлениях инертного газа J)^l тор и радиусе разрядной трубки if 1 см составляет величину порядка IfT4 + ICT3 о. Параметр w при этом попадает ? область значений, близких к Iv1* Параметры w>u/2 для плазмы люминесцентных ламп практически не реализуются, так как они наблюдаются либо при малых плотностях разрядного тока, при которых излу-
159
чение плазмы мало, либо при низких давлениях инертного газа, когда велики потери энергии электронами на отенках разряд»! трубки. В то же время очень малые значения ur«u^ могут наб» лхщатьоя при больших плотноотях разрядного тока и болыв давлениях инертного газа, яе характерных для люминесцентшв иоточников света.
