Газоразрядные источники света

Страницы работы

7 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Лекция №6

Газоразрядные источники света.

Электрический разряд в газах открывает большие возможности для создания источников излучения с весьма разнообразными характеристиками. Параметры излучения тесно связаны с параметрами излучающей среды, которые могут широко варьироваться путем изменения электрического режима разряда, давления и состава газа.

Электрический режим удобно проследить по вольтамперной характеристике разряда – зависимости падения напряжения на разрядном промежутке от тока разряда (данная зависимость не подчиняется закону Ома). Типичная вольтамперная характеристика и способ возбуждения разряда приведены на рисунке. Различается несколько характерных режимов горения газового разряда:

1.  Начальный участок АБ ток при холодном катоде мал и примерно пропорционален падению напряжения U на разрядном промежутке. Разряд происходит под действием внешнего ионизатора: света, рентгеновских или космических лучей.

2.  Участок БВ разряд под действием внешнего ионизатора при более высоком напряжении в условиях насыщения тока, обусловленного «вытягиванием» всех электронов образующихся на катоде или в объеме.

3.  Дальнейшее повышение напряжения приводит к увеличению скорости и энергии электронов на длине свободного пробега. Это приводит к ударной ионизации атомов и молекул газа, выбиванию электронов из катода  и сопровождается лавинообразным ростом числа заряженных частиц и увеличением тока - ВГ. На начальном участке этой части вольтамперной характеристики работают  газонаполненные фотоэлементы. Участок АГ вольтамперной характеристики (ВАХ) отвечает несамостоятельному разряду, который также называется «тихим» или Таунседским разрядом. Свечение разряда на этом участке ВАХ практически отсутствует.

4.  Дальнейшее повышение напряжения скачком переводит разряд в режим самостоятельного тлеющего, сопровождающегося уменьшением падения напряжения  на разрядном промежутке – зона ДЕ («лишнее напряжение падает на балластном сопротивлении»). Переходная область ГД отвечает очень большому отрицательному сопротивлению и такой режим практически не реализуется. Напряжение U0=Uб+U=i*Rб+U, при котором возникает тлеющий разряд, называется напряжением зажигания. Оно складывается из напряжения горения и падения напряжения на балластном сопротивлении. Напряжение горения нормального тлеющего разряда (ДЕ) меняется слабо. Ток разряда уже не зависит от внешнего ионизатора, его можно регулировать как питающим напряжением, так и величиной балластного сопротивления. Характерным для тлеющего разряда является распределение потенциала вдоль трубки. Вблизи катода существует прикатодная область с падением напряжения 100 – 400 вольт на длине, соответствующей длине свободного пробега электронов с газе (для давления 1 мм рт. ст.  – 0.05 -  0.5 мм). При изменении давления размер прикатодной области обратно пропорционален плотности газа. Распределение яркости свечения, потенциала и напряженности поля вдоль газоразрядной трубки  показано на рисунке. В прикатодной области электроны ускоряются полем до энергии ионизации возбуждения  атомов и молекул в зоне отрицательного свечения 1. На протяжении отрицательного свечения электроны полностью теряют скорость. В положительном столбе 2 напряженность поля мала и движение электроном в основном хаотичное с медленным дрейфом  к аноду. При нормальном тлеющем разряде плотность тока с катода – величина постоянная. Увеличение тока происходит за счет увеличения площади катода, испускающей электроны.

5.  После того как вся поверхность катода включится в работу дальнейший рост тока возможен при повышении напряжения на разрядном промежутке (участок ЕЖ) за счет усиленной бомбардировки катода ионами. Катод разогревается и возникает термоэлектронная эмиссия.

6.  Когда разогрев становится значительным, разряд скачком переходит в дуговой (участок ЗИ). Катодное падение потенциала  уменьшается до 10 – 20 вольт. Вблизи катода также расположено темное пространство. Малое прикатодное падение потенциала, сравнимое с потенциалом ионизации рабочего газа – главное отличие дугового от тлеющего разряда. Если установить ток, превышающий эмиссионную способность катода, то устанавливается более высокое падение катодного потенциала. Катод сильнее бомбардируется ионами и  сильнее разогревается для необходимого увеличения эмиссионной способности. Распределение яркости свечения, потенциала и напряженности поля вдоль газоразрядной трубки для дугового разряда показано на рисунке. При дальнейшем повышении напряжения питания ВАХ представляет собой растущую функцию, и разряд может устойчиво гореть без балластного сопротивления.

Напряжение зажигания тлеющего разряда зависит от рода газа, давления p и межэлектродного расстояния d. Оно приближенно описывается кривыми Пашена приведенными на рисунке и  имеющими минимум при некотором значении pd. Левее минимума (при малом давлении) длина свободного пробега электронов велика и число соударений с атомами мало. Ионизация также мала и для пробоя требуется высокое напряжение. При больших давлениях мала длина свободного пробега, мала энергия электрона, приобретаемая на дли свободного пробега. Это опять требует повышения напряжения.

Особый вид тлеющего разряда – это разряд в полом катоде (РПК). Разрядный промежуток  устроен внутри цилиндрического катода при определенном соотношении между его длиной, диаметром и давлением газа. Особенность свечения разряда в полом катоде – это интенсивное возбуждение высокоэнергетических линий атомов и ионов. Причина в немаксвелловской функции распределения электронов по энергиям – большой долей высокоэнергетичных электронов. Разряд носит характер отрицательного свечения. Из-за высоких скоростей ионов происходит катодное распыление и свечение линии материала катода.  РПК используется в лазерах, работающих в УФ области спектра (Ag+, Xe+). Промышленность выпускает спектральные лампы с ПК, излучающих спектры многих металлов  (Na, Cd, K, Al и т.д.). 

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Конспекты лекций
Размер файла:
189 Kb
Скачали:
0