Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
а б
<Nr(t)>/Nr0 <Np{t)>/NpQ
2-
J_I_I_ I-1-1--——L-
2 3 4 1 2 3 4
Г/Ги
Рис •4.17.
Отметим еще одну оообеннооть динамичеокого разряда, приводящую в конечном очете к более выгодным уоловиям генерации резонаноного излучения ртути. Динамичеокий разряд характеризуется не только тем, что в определенных фазах периода изменения тока напряженность электрического поля существенно превышает напряженность поля в разряде постоянного тока, но и тем, что имеются фазы, в которых Е< E0. Например, в импульс-ночіериодичеоком разряде в промежутках времени между импульсами тока E = 0. В эти промежутки происходит раопад плазмы: уменьшаются плотнооть заряженных чаотиц, концентрация возбужденных атомов, падает температура электронов и тяжелых чаотиц и т.д. Оказывается, что при этом могут изменяться и радиальные зависимости плазменных характеристик. Наиболее сильное изменение претерпевает распределение концентрации метаотабильных атомов по оечению разряда. Действительно, в условиях их гибели в объеме плазмы вследствие столкновений с электронами и отсутствия их возбуждения, концентрации №т,и, (T9I)
173
в каждой точке положительного отолба экспонек-
уменьшаютоя циально:
Скорость разрушения ЪръЪрт,р олабо завиоит от радиуоа концентрация электронов пе(т) убывает как J0((SrIF)1 где » 2,405 - первый корень функции Беооеля J0(X). Очевидно,
на оои трубки,
Ги*20,Г~60мкс
5^?^ г=40 мкс
0,6
0,6
Рио.4.18.
0,6 r/R
распределение Nn,y.(F,i)
что
где
концентрация электронов максимальна, разрушение метаотабильных атомов проиоходит более эффективно и, следовательно, радиальный профиль^ (T11> будет уширяться о течением времени «При включении очередного импульса тока "включатся" процеооы возбуждения, и радиальное
релакоирует к стационарному. Но если длительность импульса меньше времени релакоации, распределение метаотабильных атомов по сечению разрядной трубки будет уширенным в течение всего периода изменения тока.
С плотноотью метаотабильных атомов ртути, как мы уже видели, теоно связан процеоо возбуждения резонансных уровней
63P1 и 6*Р<
Уширение распределения Nm^(rfl)
приведет к то-
му, что.по сравнению о разрядом постоянного тока рождение резонаноных фотонов будет приближено к отенкам трубки. Это, в овою очередь, приведет к увеличению выхода фотонов из объема плазмы. На рис.4.18 приведены результаты раочета радиальных распределений концентраций метаотабильных атомов ртути в ооотояний 63P2 (P «= 1,8 см, рАг ¦ 4 тор, JV0 в 2.1(г4 см""3).Радиальное распределение в разряде постоянного тока (оплошная кривая) хорошо оовпадает с данными эксперимента (точки)[6Ij Распределения в импульсно-периодичеоком разряде (короткие импульсы) при ^«t^, как видне из рисунка, более пологие,при-174
чем уширение растет с ростом скважнооти импульсов тока, т.е. с увеличением части периода T1 в течение которого имеет место распад плотности метастабильных атомов (пунктирные кривые).
4. I Процеооы возбуждения атомов ртути I в импульоно-периодпческом разряде
Переход к. динамическому разряду, как мы видели, изменяет скорости процессов, протекающих в плазме, причем эти изменения могут приводить как к их увеличению, так и к уменьшена). Характер изменения скорости процесса обусловлен температурной зависимостью: если она более сильная, чем для окорооти иониза-шш в плазме, то скорость данного процесса, усредненная по периоду изменения тока, увеличивается, и наоборот. В частности, в динамическом разряде в смеси паров ртути с инертными газами в случае преобладания ступенчатой ионизации увеличиваются ус-реднонные окорости процессов прямого возбуждения уровней атома ртути, имеющих порог возбуадения гк%, (5 + G) эВ, и уменьшаются скорости ступенчатого возбуждения этих уровней. Указанная особенность динамического разряда приводит к изменению усредненных концентраций возбужденных уровней и, как следствие, к изменениям в спектральном ооставе излучаемого плазмой света по сравнению о плазмой разряда постоянного тока.
Чтобы предсказывать возможные изменения в спектральном составе излучения источника света, необходимо знать сечения прямого и ступенчатого возбуждения уровней. Однако информации о вероятностях возбуждения уровней атома ртути явно недостаточно. Покажем, как с помощью динамического разряда можно получать информацию о оечениях возбуждения.
Рассмотрим, прожде всего, уровень вЩ. В заоелении этого резонансного уровня принимают участие процессы электронного возбуждения из основного состояния и из метаотабильного 63Pg-состояния атома ртути. Оценки показывают, что каскадным заселением с более высокорасположенных уровней и заселением из состояний 63P0 j можно пренебречь. Основным каналом • разрушения 61P1-состояния в условиях, близких к условиям, -при которые P' -
175
ботают люминесцентные лампы, является испуокание фотонов с длиной волны 185 нм. Чаотота тушащих столкновений, разрушающих этот уровень, на два порядка меньше эффективной вероятности его радиационного раопада. Разрушение вследствие ступенчатой ионизации и возбуждения более высоко^эжаших уровней также по оценкам на два-три порядка меньше. Концентрацию атомов ртути в соотоянии 31Pj в этом случае можно представить следующим образом: Npm(N0ne 2QJi 4Nmn0zmP)x^t Сечение прямого возбуждения указанного уровня извеотно [110], поэтому определить скорооть z0p труда не представляет. Скорость ступенчатого возбуждения zmP найти сложнее, так как сечение QmP(?) известно только по порядку величины [Я25].
