Отчет о научно-исследовательской работе разработка модулей для производственных технологий
Вид материала | Отчет |
СодержаниеРисунок 2.7 – Обзорный спектр излучения ртутной индукционной лампы 2.3 Расчет ультрафиолетового излучения разряда низкого давления в смеси Hg – Ar 3 Инициирование разряда и источник питания |
- Отчет о научно-исследовательской работе; пояснительная записка к опытно-конструкторской, 14.47kb.
- Реферат отчет о научно-исследовательской работе состоит, 61.67kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год, 851.3kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2011 год, 1208.93kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе контракт, 1195.26kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе, 4231.21kb.
- Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструктороской работе, 3288.39kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе разработка концепции архитектуры программного, 551.78kb.
- Отчёт онаучно-исследовательской работе гу нии но ур за 2010 год, 997.69kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе профессорско-преподавательского состава, 617.56kb.
Рисунок 2.7 – Обзорный спектр излучения ртутной индукционной лампы
На рисунке 2.7 видны основные хорошо известные линии ртутного спектра (365,
404.6, 437.7, 546, желтый дублет: 577–579 нм). Представляет интерес область 250–300 нм, где наблюдается густая сеть ультрафиолетовых линий. Эта часть спектра более подробно представлена на рисунке 2.8. В этой области, согласно справочнику [5], есть большое число линий с высоким потенциалом возбуждения. Детальное исследование распределения заселенностей на высоких уровнях и форма контуров этих линий могут дать много информации о параметрах плазмы. Этот участок спектра подлежит тщательному исследованию в будущем.
Рисунок 2.8 – Спектр области 250–300 нм
На установке, представленной на рисунке 2.6, была измерена освещенность, создаваемая лампой на расстоянии 1 м в линии 253.652 нм, причем направление наблюдения было перпендикулярно плоскости лампы. Получено значение (49030) мкВт/см2 (погрешность оценена по результатам повторных измерений и может определяться нестабильностью температуры лампы без кожуха). Предполагая индикатрису рассеяния сферической, оценим выход излучения в этой линии в 60 Вт. Оценку не следует считать завышенной, т. к. предварительные эксперименты с лампой в кожухе с малым отверстием показывают, что, располагая датчик в плоскости лампы (но перпендикулярно ее оси), можно получить в два раза большую освещенность. Это компенсирует падение освещенности при расположении приемника под углом к оси лампы.
Анализ спектра излучения лампы показывает, что для данного экземпляра выход излучения в диапазоне 200–300 нм примерно равен выходу излучения в видимом диапазоне спектра. Хотя достигнутый выход в бактерицидном диапазоне вполне позволяет удовлетворить требованиям к модулю для обеззараживания воды, однако перераспределение излучения могло бы дать дополнительную экономию затрат на обеззараживания. Для оптимизации условий в источнике необходимы дополнительные эксперименты и теоретические оценки. Теоретическому выбору условий, обеспечивающих максимальный выход «полезного» излучения посвящен следующий раздел.
2.3 Расчет ультрафиолетового излучения разряда низкого давления в смеси Hg – Ar
Использование безэлектродных индукционных ламп позволяет существенно повысить концентрации атомов ртути и электронов по сравнению с хорошо исследованными люминесцентными лампами, но в тоже время сохранить режим низкого давления по сравнению с дуговыми лампами высокого давления. Типичные параметры люминесцентных ламп: p(Hg)~10–3–10–2 Торр,
ne~1011 см–3. В индукционных лампах эти параметры можно поднять до p(Hg)Торр, ne~1013 см–3, а в импульсно-периодическом режиме – до 1014см–3. Расчет выхода ультрафиолетового излучения в таком широком диапазоне требует учета дополнительных факторов, не учитываемых при расчетах излучения люминесцентных ламп. Достаточно полный обзор имеющихся работ представлен в монографии Миленина и Тимофеева [6]. Качественные зависимости относительной мощности излучения ртутного разряда в широком диапазоне давлений ртути и токов приведены Клярфельдом в работе [7] (рисунок 2.9). Из рисунка 2.9 видно, что переход на большие токи позволяет увеличить выход резонансного излучения и расширить диапазон давления ртути почти до 1 Торр.
Рисунок 2.9 – Относительный вклад различных механизмов потерь мощности положительного столба в зависимости от давления а) i=1 А, б) i=10 А, w – мощность, теряемая из-за нейтрализации ионов на стенке, r1 – мощность резонансного излучения,
r2 – мощность нерезонансного излучения, g – мощность на нагрев газа (охлаждение теплопроводностью на стенку)
Рассмотрим схему уровней ртути (рисунок 2.10). Основное ультрафиолетовое излучение, способное выходить из трубки в воздух, переносится в линии 254,7 нм. Вторая резонансная линия, 184,9 нм, лежит в области вакуумного ультрафиолета и сильно поглощается в воздухе. Интенсивность излучения из единицы объема в пределах контура линии есть J=NiAэфhi, где Ni – усредненная по объему трубки концентрация на верхнем уровне, Аэф – усредненная эффективная вероятность перехода с учетом поглощения и переизлучения, hi – энергия перехода. Для определения заселенности резонансного уровня 63P1 необходимо учитывать переходы на основной и близко расположенные уровни, а также уход на ионизацию. Большой энергетический разрыв между группой резонансного и двух метастабильных уровней (63Р012) и верхними уровнями позволяет не учитывать переходы с верхних уровней, а уходы наверх учитывать только на основные 7S- и 6D-уровни. Итак, первой задачей является вычисление скоростей элементарных процессов оптических переходов и переходов электронным ударом между указанными уровнями.
Рисунок 2.10 – Схема уровней атома ртути
2.3.1 Скорости прямых и обратных переходов электронным ударом
Число переходов в единицу времени, осуществляемое одним электроном, равно vN, где
– сечение процесса, v – относительная скорость электрона, N – концентрация атомов на исходном уровне. Скобки означают усреднение по распределению электронов по скоростям.
На рисунке 2.11 приведены зависимости сечений возбуждения уровней ртути электронным ударом от энергии электронов, рассчитанные Яворским [8]. Данные зависимости характеризуются порогом возбуждения, значением сечения в максимуме и энергией максимума. В таблице 2.2 приведены теоретические и экспериментальные параметры максимума возбуждения, имеющиеся в литературе [8–16]. Для расчета скоростей перехода необходимо аппроксимировать сечение каким-либо аналитическим выражением. Типичные аппроксимации сечений и формулы расчета скоростей для максвелловского распределения электронов по скоростям приведены в [18].
Аппроксимация ступенькой используется при малом пороге возбуждения, сравнимом с температурой электронов. Аппроксимация Фабриканта – при >kTe, а линейная аппроксимация – при больших значениях порога возбуждения >>kTe. Обычно так аппроксимируется сечение ионизации. Скорости обратных переходов (удары второго рода) определяются из принципа детального равновесия:
, (2.1)
где g0, g1 – статвеса нижнего и верхнего уровней.
Рисунок 2.11 – Сечение возбуждения уровней 63Р012 и 61Р1 электронным ударом
При отсутствии экспериментальных данных по сечениям или теоретически рассчитанных конкретных переходов необходимо рассчитывать скорости процессов самостоятельно. Обзор теоретических методов определения сечений возбуждения и ионизации приведен в монографии [17].
Таблица 2.2 – Сечение возбуждения в максимуме (макс1016 см2) и энергия максимума (в скобках,
в эВ)
Лит. переход | [3] | [4] | [5] | [6] | [7] | [8] | [9] | [10] | [11] | средн. |
61S0–63P0 | 0,3(8,0) | 0,8(5,4) | 0,23(5,3) | | 0,53(4,8) | | | 0,5(5,5) | 0,6(5,5) | 0,53(5,2) |
61S0–63P1 | 1,1(9,0) | 2,4(5,7) | 0,72(5,7) | | 1,6(5,2) | 1,3(5,6) | | 1,8(5,5) | 1,3(5,3) | 1,6(5,4) |
61S0–63P2 | 2,3(12) | 3,0(6,3) | 0,74(6,1) | 3,0(5,7) | 2,9(5,8) | | | | 2,2(6,2) | 2,8(6,0) |
61S0–61P1 | 3,8(18) | 7,5 | 5,1(21) | | | | | | | 5(19) |
63P0–63P1 | | | | | | | 15(0,5) | | 25(0,14) | 20(0,4) |
63P1–63P2 | 19(0,9) | | | | | | 20(1,0) | | 14(0,4) | 18(0,4) |
63P2-63D3 | | | | | | 0,42(5,6) | | | | 0,4(5,6) |
63P0-73S1 | | | | | | 0,058(4,1) | | | | 0,06(4,1) |
63P1-73S1 | | | | | | 0,17(3,9) | | | | 0,17(3,9) |
63P2-73S1 | | | | | | 0,21(3,4) | | | | 0,21(3,4) |
Для оптических переходов (L=1, S=0) часто имеются экспериментально измеренные силы осцилляторов f01. В частности, в [5] приведены следующие данные по ртутным переходам:
63P2 – 63D3, =3650,15 f=0,3 E=3,40 эВ
63P1 – 63D2, =3125,62 f=0,15 E=3,96 эВ
63P0 – 63D1, =2967,28 f=0,4 E=4,17 эВ
63P2 – 73S1, =5490,74 f=0,16 E=2,27 эВ
63P0 – 73S1, =4046,56 f=0,16 E=3,06 эВ
63P1 – 73S1, =4358,34 f=0,15 E=2,84 эВ
61P1 – 61D2, =5790,66 f=0,17 E=2,12 эВ
61P1 – 71S0, =10139,79 f=0,287 E=1,23 эВ
Скорости возбуждения вычисляются по формуле
(2.2)
| 0,04 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 1 | 2 | 4 | 10 | >10 |
P() | 0,758 | 0,493 | 0,331 | 0,209 | 0,10 | 0,063 | 0,04 | 0,023 | 0,00661/2 |
Для близких значений энергий уровней <<1
. (2.3)
При отсутствии данных f01 и для неоптических переходов можно использовать расчетные формулы:
. (2.4)
При S=0 ; S=1 .
Здесь А и – табличные значения [17], определяемые по значениям эффективных квантовых чисел верхнего и нижнего уровней, Q – угловой фактор, определяемый по квантовым числам jls верхнего и нижнего уровней. Для скорости ионизации можно использовать формулу Ситона – Лотца [17]:
. (2.5)
При =1; 4; 8 =0,83; 1,16; 1,26.
В таблицах 2.3 и 2.4 приведены значения скоростей возбуждения ряда переходов атома ртути для различных значений электронной температуры.
Таблица 2.3 – Скорости возбуждения 73S1 состояния атома ртути <v> см3/с
2.3.2 Эффективная вероятность резонансных переходов атома ртути
Вероятности резонансных переходов изолированного атома ртути равны для =184,9 нм А=6,3108 с–1; для =253,7 нм А=9,1106 с–1. В плазме вследствие поглощения и переизлучения эффективная вероятность переходов может существенно снижаться. Теория диффузии резонансного излучения разработана в работах Хольстейна, Бибермана, Векленко [19–24]. Для цилиндрической системы радиусом R получено приближенное выражение усредненной по радиусу эффективной вероятности испускания фотонов:
Аэф=АТ(R); . (2.6)
Здесь p() – нормированная на единицу форма линии испускания, k() – коэффициент поглощения, – коэффициент, равный 1,6 для доплеровского контура, 1,11 – для дисперсионного контура. Для заданных форм контуров вычисление T(R) при k0R>>1 и совпадении форм контуров испускания и поглощения дает:
T(R)(k0R)–1(lnk0R)–1/2 – для доплеровского контура;
T(R)(k0R)–1/2 – для дисперсионного контура.
В работе [25] проведен численный расчет T(R) для смешанной (фойхтовской) формы линии и получена приближенная эмпирическая формула для Аэф:
, (2.7)
где – параметр Фойхта, k и д – дисперсионная и доплеровская полуширины контура.
Таблица 2.4 – Скорости возбуждения состояний атома ртути 63P0,1,2; 61P1. <v> см3/с; см6/с
Коэффициент поглощения линии связан с концентрацией атомов на нижнем уровне [18]
. (2.8)
Здесь gk и gi – статвеса верхнего и нижнего уровней. Вероятность перехода связана с силой осциллятора:
, [нм], Аki[с-1]. (2.9)
Выражение для коэффициента поглощения линии можно переписать, заменяя на :
. (2.10)
Рассмотрим уширение резонансных линий ртути, определяющее их Аэф, методологически следуя работе [26].
Доплеровское уширение возникает вследствие сдвига частоты излучения при движении излучающего атома. В этом случае коэффициент поглощения на частоте внутри контура
, (2.11)
где , . (2.12)
М, Т –масса и температура атомов соответственно.
При . Отметим также, что .
Перейдем от частоты к длинам волн. Тогда
, (2.13)
где д, – в нм, Т – К, =200 – атомный вес ртути. Значение коэффициента поглощения в максимуме можно рассчитать с помощью тождественных выражений:
, (2.14)
где k0 – в см–1, и – в нм, N0 – см–3, А – в с–1.
Для резонансных линий ртути будем иметь:
=184,9 нм f=0,96 ; (2.15)
=235,7 нм f=0,026 . (2.16)
В случае естественного уширения для зависимости k() от частоты получаем так называемую дисперсионную форму
, (2. 17)
, так как . (2.18)
ест=1/(2ik), (сумма вероятностей спонтанных переходов с верхнего и нижнего уровней данной линии).
Переходя к длинам волн, получим:
, и в нм. (2.19)
Оценки естественного уширения для линий ртути дают:
=184,9 нм ест=1,1410–5 нм; =235,7 нм ест=3,110–7 нм.
Уширение линий, вызванное столкновениями с нейтральными атомами при низких давлениях, имеет ударный характер и также приводит к контуру дисперсионной формы с шириной н=1/(0). Согласно кинетической теории газов, где
, (2.20)
а а02 – эффективное сечение взаимодействия.
Переходя от концентрации к давлению, для ударной ширины можно записать
(2.21)
– атомные веса излучающих и уширяющих томов. Преобразуя выражение для длины волны, получаем:
. (2.22)
По данным [27, 28] для уширения линии 253,7 нм аргоном a02=7610–16 см2, это дает .
По более новым данным [1]:
– для линии 184,9 нм, – для линии 253,7 нм.
Или в длинах волн:
– для линии 184,9 нм, – для линии 253,7 нм.
Взаимодействие заряженных частиц с возбужденным атомом существенно сильнее, чем с нейтральными, за счет сильного кулоновского поля заряженных частиц. Однако при малой степени ионизации плазмы оно обычно мало. При низких давлениях наибольший вклад в штарковское уширение вносит ударное уширение электронами. Приближенно его можно учесть аналогично ударному уширению нейтральными атомами, заменив концентрацию и скорость нейтралов соответствующими значениями электронов, а в качестве сечения взаимодействия взять сумму сечений неупругих переходов с данного уровня на все соседние. Тогда
. (2.23)
Для уровня 63P1
Это сравнимо с уширением атомами аргона при степени ионизации 10–2. Для уровня 61P1 сечение неупругих соударений электронов почти на порядок меньше, чем для уровня 63P1, и штарковским уширением этого уровня тем более можно пренебречь.
Уширение резонансной линии собственным газом значительно сильнее, чем уширение посторонним газом за счет большего сечения взаимодействия. Квантомеханические расчеты [30, 31] дают следующую приближенную формулу для резонансного уширения
. (2.24)
Это дает в длинах волн
для 253,7 нм р=2,210–22N0 при N0=1,41015см–3 р=ес,
для 184,9 нм р=3,110–21N0 при N0=3,71015см–3 р=ест.
Суммарный контур линии будет состоять из доплеровской части и дисперсионной части, состоящей из естественного, ударного (атомы аргона), резонансного и ударного (штарковского) уширений, кроме линии 184,9 нм, где штарковским уширением можно пренебречь.
=253,7нм
д=1,2810–5 (Т, К)1/2=2,5610–4 нм при Т=400 К;
дисп=3,110–7 + 3,210–6P0Аr + 2,210–22NHg+1,410–20Ne.
=184,9 нм
д=9,410–6(Т,К)1/2=1,910–4 нм при Т=400 К;
дисп=1,1410–5 + 1,710–6P0Аr + 3,110–21NHg.
Давление аргона приведено к температуре Т=300 К (температура заполнения трубки).
При расчете формы контуров линий надо также учесть изотопическое расщепления линий ртути. Естественная ртуть состоит, в основном, из пяти изотопов с долями i, равными: 0,1917; 0,2927; 0,2377; 0,1445; 0,1324. Изотопический сдвиг превышает уширение линий, и поэтому можно рассчитывать поглощение на линиях каждого изотопа независимо с коэффициентом поглощения koд.i, определяемым по концентрации N0i. Вследствие разного поглощения эффективные вероятности Аэф.i для каждого изотопа будут различными, что приведет и к различной заселенности возбужденных состояний по изотопам, не пропорциональной i основного состояния. Обычно это не учитывается, и либо просто считают все изотопы одинаковой концентрации i=0,2 [27, 31], либо расчет заселенности проводят в целом для смеси, усредняя Аэф(Аэф=iАэфi) [6, 32]. Такое приближение занижает общее расчетное поглощение, так как реально для изотопов с большим поглощением доля в заселенности возбужденных состояний возрастает. Наибольшая ошибка будет при малых токах и, соответственно, при малых концентрациях электронов, когда излучение является определяющим для заселенности возбужденного состояния. С увеличением концентрации электронов, когда определяющими становятся электронные удары 1-го и 2-го рода, расчет заселенности уровней в целом для смеси изотопов вполне можно считать допустимым.
2.3.3 Баланс заселенности уровней
При составлении системы уравнений баланса для системы триплетных уровней 63Р012 будем учитывать прямые и обратные переходы между ними и с основным состоянием. Учитывая большой энергетический разрыв до более высоких уровней, переходы наверх будем учитывать только до близлежащих уровней 73S1, 63D123, 61P1 и уровня ионизации. Обратные переходы с этих уровней в общем процессе ступенчатой ионизации должны быть существенно меньшими уходов наверх с них ввиду близкого расположения соседних, еще более высоких уровней. Дополнительно будет учитываться диффузионный уход возбужденных атомов на стенку. Данные по коэффициентам диффузии брались из работ [34–35]. При Т=100 С для уровней
63Р0 коэффициент диффузии равен ; (2.25)
63Р2 коэффициент диффузии равен . (2.26)
Тогда система уравнений будет:
N0S01+N2S21+N3S31=N1Z1
N0S02+N1S12+N3S32=N2Z2 (2.27)
N0S03+N1S13+N2S23=N3Z3,
где Sij=vij – прямые и Sji=Sij(gi/gj)exp(ij/kTe) – обратные переходы.
Суммированные скорости равны
. (2.28)
Определители матрицы из коэффициентов системы уравнений записываются в виде
. (2.29)
Тогда заселенность по уровням равна
. (2.30)
В балансе уровня 61Р1 учитывались заселение с основного и 63Р012-состояний, обратные переходы на эти же уровни, уход наверх на уровни 71S0, 61D2 и ионизация. Ввиду большой вероятности излучения диффузией атомов в состоянии 61Р1 пренебрегалось:
.(2.31)
Для уровня 63Р1 коэффициент диффузии принимался равным .
Индексы в уравнениях соответствуют: 0 – основной уровень 61S0, 1 – 63P0, 2 – 63P1, 3 – 63P2,
4 – 61P1. Решение системы для 63Р012-уровней при РAr=0 приведено в таблице 2.5 на основании скоростей переходов, приведенных в таблицах 2.3 и 2.4.
Таблица 2.5 – Относительная заселенность (к равновесной в основном состоянии) уровней 63Р012 при толщинах плазмы l=10 см (верхние числа) и l=1 см (нижние числа)
Ne, см–3 | 1012 | 1013 | 1014 | |||||||||
Te 104K | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 1 | 1,5 | 2 | |
N0, см–3 1012 | 63P0 | 0.14 0.14 | 0.092 0.092 | 0.063 0.063 | 0.041 0.041 | 0.17 0.17 | 0.11 0.11 | 0.080 0.080 | 0.053 0.053 | 0.35 0.35 | 0.28 0.28 | 0.20 0.20 |
63P1 | 0.0032 0.0032 | 0.0027 0.0027 | 0.0020 0.0020 | 0.0016 0.0016 | 0.031 0.031 | 0.026 0.026 | 0.020 0.020 | 0.016 0.016 | 0.25 0.25 | 0.20 0.20 | 0.15 0.15 | |
63P2 | 0.13 0.13 | 0.11 0.11 | 0.080 0.080 | 0.060 0.060 | 0.15 0.15 | 0.13 0.13 | 0.096 0.096 | 0.072 0.072 | 0.33 0.33 | 0.27 0.27 | 0.21 0.21 | |
1013 | 63P0 | 0.17 0.14 | 0.12 0.092 | 0.082 0.063 | 0.054 0.041 | 0.36 0.17 | 0.30 0.11 | 0.22 0.080 | 0.15 0.053 | 0.79 0.35 | 0.70 0.28 | 0.49 0.20 |
63P1 | 0.030 0.0032 | 0.026 0.0027 | 0.020 0.0020 | 0.016 0.0016 | 0.24 0.031 | 0.20 0.026 | 0.15 0.020 | 0.11 0.016 | 0.70 0.25 | 0.60 0.20 | 0.40 0.15 | |
63P2 | 0.16 0.13 | 0.13 0.11 | 0.10 0.080 | 0.074 0.060 | 0.34 0.15 | 0.31 0.13 | 0.22 0.096 | 0.17 0.072 | 0.73 0.33 | 0.69 0.27 | 0.48 0.21 | |
1014 | 63P0 | 0.47 0.17 | 0.39 0.12 | 0.28 0.082 | 0.19 0.054 | 0.86 0.36 | 0.76 0.30 | 0.53 0.22 | 0.35 0.15 | 0.98 0.79 | 0.86 0.70 | 0.59 0.49 |
63P1 | 0.30 0.030 | 0.30 0.026 | 0.21 0.020 | 0.17 0.016 | 0.80 0.24 | 0.70 0.20 | 0.50 0.15 | 0.33 0.11 | 0.90 0.70 | 0.80 0.60 | 0.50 0.40 | |
63P2 | 0.43 0.156 | 0.40 0.13 | 0.29 0.10 | 0.22 0.074 | 0.79 0.34 | 0.76 0.31 | 0.52 0.22 | 0.37 0.17 | 0.91 0.73 | 0.85 0.69 | 0.57 0.48 | |
1015 | 63P0 | | | | | 0.86 0.86 | 0.76 0.76 | 0.53 0.53 | 0.35 0.35 | 0.98 0.98 | 0.86 0.86 | 0.59 0.59 |
63P1 | | | | | 0.82 0.80 | 0.72 0.70 | 0.52 0.50 | 0.37 0.33 | 0.94 0.90 | 0.83 0.80 | 0.54 0.50 | |
63P2 | | | | | 0.79 0.789 | 0.76 0.76 | 0.52 0.52 | 0.37 0.37 | 0.91 0.91 | 0.85 0.85 | 0.57 0.57 |
2.3.4 Функция распределения электронов по скоростям,
концентрация и температура электронов
Еще Ленгмюр показал, что в разряде в парах ртути низкого давления функция распределения (ФР) электронов по скоростям близка к максвелловской, хотя малые концентрации электронов ne~1010см–3 не должны этого обеспечивать межэлектронными столкновениями. Максвеллизацию Ленгмюр объяснил взаимодействием электронов с плазменными колебаниями. После этого этот вопрос неоднократно анализировался. Крауфорд и Селф [36] максвеллизацию электронов в разряде объяснили характером зависимости упругого рассеяния электронов от энергии. Для ртути она падающая, что снижает потери быстрых электронов, в тоже время как в аргоне – возрастающая, что приводит к существенному уменьшению доли быстрых электронов. В работе [37] экспериментально показано, что в ртутном разряде максвеллизация электронов устанавливается уже через
5 мкс при токе 0,2 А и через 2 мкс при токе 0,8 А.
Таким образом, для проведения расчетов исходными параметрами являются концентрации ртути и аргона, диаметр трубки, а также концентрация и температура электронов. Последние два параметра определяются первыми тремя и разрядным током. Для их оценки можно использовать экспериментальные данные. В [39] исследован чисто ртутный разряд. Результаты приведены на рисунках 2.12, 2.13. С ростом тока концентрация электронов растет практически линейно. С ростом давления паров ртути электронная температура падает, а концентрация растет.
Рисунок 2.12 – Зависимость электронной температуры и концентрации электронов
от давления паров ртути. Ток 2 А, диаметр трубки 26 мм [39]
В [40–42] приводятся параметры плазмы в HgAr разряде.
Для теоретической оценки ne и Te можно использовать следующие положения [7, 38,]:
- Концентрация электронов примерно пропорциональна току
-
, (2.32)
где – подвижность электронов в аргоне.
2. Температура электронов определяется необходимой ионизацией, обеспечивающей компенсацию ухода электронов на стенку. При прямой ионизации и линейной аппроксимации сечения с наклоном ‘а’
, (2.33)
где im – частота ион атомных столкновений, – время жизни иона до ухода на стенку.
Рисунок 2.13 — Зависимость концентрации электронов от силы разрядного тока
при различных давлениях паров ртути [39]
3. Осевая напряженность электрического поля Ez определяется балансом энергии для обеспечения необходимого Te. IEz=Pст+Pизл+Pгаз, где Pст – мощность, уносимая ионами на стенку, Pизл – мощность излучения, Pгаз – нагрев газа. Te и Ez слабо зависят от тока и давления.
Рисунок 2.14 – Зависимость концентрации и температуры электронов
от давления аргона и силы тока. Диаметр трубки 35 мм [40]
Р исунок 2.15 – трубки 26 мм, PHg=1,210–3 Торр [32] | Рисунок 2.16 – трубки 26 мм, PHg=1,710–3 Торр [41] |
3 ИНИЦИИРОВАНИЕ РАЗРЯДА И ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
3.1 Электротехнические характеристики магнитопроводов
Анализ электротехнических характеристик ферромагнитных материалов является одной из важнейших составляющих при проектировании индукционных газоразрядных устройств трансформаторного типа. Правильный выбор материала позволяет минимизировать потери в магнитопроводе и значительно уменьшить габариты устройства. При этом необходимо учитывать специфику работы сердечника трансформаторного газоразрядного устройства: в отличие от силовых трансформаторов радиоэлектронной аппаратуры, имеющих большое число витков первичной и вторичной обмотки, электротехническим эквивалентом индукционного разряда трансформаторного типа является трансформатор с одним витком вторичной и несколькими витками первичной обмотки. Вторичный виток в данном случае одновременно играет роль нагрузки, характеризуемой напряжением горения разряда U и током в разряде I.
1>