Плазма газоразрядных источников света низкого давления - Миленин В.М.
ISBN 5-288-00727-6
Скачать (прямая ссылка):
4iv^v ve»+s, (5Д)
Оставаясь в рамках 8-уровневой модели атома ртути (см. раздел 3 глД), в качеотве уровней Jc будем брать уровень 61P1» уровень 73S11O которого испуокается видимый триплет ртути (A« * 564,1; 435,8; 404,6 нм), и уровни 631>, о которых испускается целый ряд ультрафиолетовых линий в облаоти 300 + 370 нм и "желтые" линии о Я в 576,9; 579,0 нм. Как показывают оценки, энергия, идущая на возбуждение этих уровней, заметно превосходит потери энергии на отупенчатое возбуждение остальных соотояний.
Потери энергии в облаоти упругих столкновений электронов. Энергия, теряемая одним электроном в единицу времени при упругих ооударениях о атомами инертного газа, описывается как
Ш).-7Г »«fcT2^^4™2*"' (5-2)
где <}(v) - сечение упругого раооеяния электронов на атомах инертного газа; Na - плотность атомов инертного газа.
Ооновной вклад в рассматриваемые потери энергии дает об-
197
лаоть о Ы>,кТ%. При этом для рамзауэровоких газов сечение <^(є) мохно аппроксимировать более простой функцией, чем в случае, когда рассчитывалаоь подвижнооть электронов Ъе и когда минимальное оечение могло давать заметный вклад» Положим, что для Ar9Kr и Xe и <^(е)«^ел для Ne (ом.со-
отношения в гл.З). Вычисление интеграла (5.2) о указанными аппроксимациями дает
^*р[ЬТ*]ЬТ*»(TJ(I-А) для Ar9Kr9Xe,
l?ep1cTev<TeHl-&) для Ne9
4=.
¦?J [ufa-«/) + 3Uj(I-«'2) + €u,( I-«;3) + 6(1- «0 6 для Ar, Kr1Xe,
^!'[ujtf-«*)+211,(1-«?2) + 2(1-«*;3) да„ Ne.
Раочет потерь при упругих столкновениях производился оо следующей функцией распределения:
~ J «"*, 04 u « u, ,
Величина Л учитывает отличие реальной функции распределения электронов от максвелловокой. Для интереоующих нас разрядных условий Л - ОД + 0,3.
Потери энергии электронами на стенках разрядной трубки складываютоя из энергии, уносимой электронами на отенки в результате амбиполярной диффузии, и энергии, расходуемой на поддержание амбиполярного поля и потенциала пристеночных слоев [213:
Ш)гр^а[^€+^Г^п^> + *T,lnJg], (5.3)
здеоь пе(0) и лвГр - концентрация электронов на оои и у стенки трубки (на границе слой - плазма); M - маооа иона ртути.
Влияние условий разряда на каналы потерь энергии электронами. Легко заметить существенно различную зависимость каждого из рассмотренных каналов потерь энергии от внешних условий разряда: 198
S/2
- для рамзауэровоких газов и для неона. Изменение условий разряда, влияющее также на среднюю энергию электронов (температуру электронов), приводит к перераспределению энергии, теряемой электронами, между каналами потерь. Иопользуя примерно те же рассуждения, что и в гл.З, где мы анализировали завиоимооти плазменных характеристик от параметров разряда (itR, р, N0 ),' легко раосмотреть влияние внешних условий на энергетичеокий балано электронов в плазме разряда постоянного тока.
Изменение разрядного тока влияет на температуру электронов: роот тока уменьшает *Г€. Сильнее всего от температуры электронов завиоят потери энергии воледотвие неупругих столкновений, поэтому с ростом тока они больше уменьшаются. Стеноч-ные потери и потери из-за упругих столкновений изменяются примерно одинаково (уменьшаются в случае роста тока). (Напомним, что речь идет об энергии, теряемой в единицу времени одним электроном.)
Изменение давления инертного газа, как видно из приведенных ранее соотношений, увеличивает потери энергии, возникающие в результате упругих столкновений. Температура электронов за-, висит от давления р довольно слабо - логарифмически падает с ростом zt-N0pR2, поэтому отеночные потери и потери из-за неупругих столкновений должны уменьшиться.
Изменение радиуса разрядной трубки оильнее всего окажется на отеночных потерях энергии. Иопользуя уравнение баланса чиола заряженных чаотиц легко получить, что (As/Alj^N^iAt/4i)*J а потери энергии при упругих столкновениях с атомами инертного газа практически не изменятоя*
Повышение давления паров ртути увеличивает, о одной ото-роны, потери энергии из-за неупругих столкновений, а о другой, уменьшает температуру электронов. Последнее приводит к уменьшению отеночных потерь и потерь энергии электронами воледотвие упругих столкновений.
Эффективность резонаноного излучения атомов ртути. Электрическая мощнооть, рассеиваемая в плазме, также определяет0 внешними условиями разряда. Для выбора уоловий работы люмино-
сцентных ламп, оптимальных в отношении затрат энергии на генерацию резонаноного излучения ртути, необходимо ввеоти понятие эффективности (КПД) излучения.
Эффективность резонаноного излучения ртути о длиной волны 254 нм можно определить оледующим образом:
ч,-<*?>/ЯЛ> <5-4>
где <3?>-Acorfr^«A^
- интеноивнооть резонаноной линии, испускаемой единицей длины положительного отолба разряда; s 2%^еЪ0Е^пе (у) у -электрическая мощнооть, рассеиваемая в том же объеме положительного столба. Концентрацию резонаноных атомов ртути описывает уравнение (1.40). Для разряда постоянного тока о его помощью получим:
Величины /0, .45,.,?. определены в разделе 4 гл.1. Выразив из (1.41), (1.42) концентрации и Nm и подставив их в выражение для Nr% а затем, домножив на Aa>r?rf легко получить интеноивнооть (У*При раочете электричеокой мощности, расоеиваемой в плазме:
