Диссертация (1145400), страница 37
Текст из файла (страница 37)
При этомдиффузионные скорости компонент сравнимы по величине со среднемассовой скоростьюплазмы.15) Исследованы особенности нагрева плазмы в ИПР. Показано, что бóльшая частьэлектрической энергии, вкладываемой в разряд, излучается плазмой. В режимах горенияИПР с достаточно высоким давлением (р ~ 1 атм), когда τR(λ) ~ 1 в значительной части230спектра, имеет место нелокальный теплообмен излучением. В этом режиме длина пробегафотонов сравнима с размерами плазменного объёма. Фотоны, испускаемые в какой-либоточке плазменного объёма, поглощаются в другой, удалённой от неё точке. Таким образом,бóльшая часть электрической энергии, вкладываемой в плазму ИПР преимущественновблизи его оси, практически мгновенно перераспределяется по всему объёму столба разряда.По мере уменьшения давления и, соответственно, оптической плотности плазмы, всёбольший вклад в радиационные потери вносит обычное объёмное высвечивание.
При р ~ 100Торр реабсорбция излучения становится несущественна и теплообмен приобретаетлокальный характер. Это приводит к неоднородному нагреву плазмы и радиальнымпрофилям температуры плазмы с существенно бóльшими градиентам температуры, чем врежиме с нелокальным теплообменом.16) Показано, что при относительно низких давлениях (р ~ 100 Торр), когда плазмаоптически прозрачна в большей части спектра, вложенная в ИПР энергии выходит из него,главным образом, в виде линейчатого излучения.
При достаточно высоких давлениях (р ~ 1атм), когда τR(λ) ~ 1 в значительной части спектра, спектр излучения ИПР приобретаетпрактически непрерывный вид. Бóльшая часть вложенной в разряд электрической энергиивыходит из него в виде излучения в видимой области спектра. Основным механизмомформирования видимой части спектра является e-i фоторекомбинация в 6P и 5D состоянияатома цезия (пороги континуумов λth(6P) = 504 нм и λth(5D) = 594 нм). В режимах горения свысоким давлением плазмы имеет место существенный сдвиг порогов 6P и 5D континуумовв длинноволновую область спектра. Благодаря этому указанные континуумы сливаются иперекрывают весь видимый спектр.
Это объясняет исключительно высокое, близкое ксолнечному, качество цветопередачи излучения ИПР (Ra ≈ 99). Отметим здесь, чтозначительная доля энергии излучения ИПР высокого давления выходит из него в ближнейинфракрасной области (760 – 1100 нм). Эта часть спектра ИПР образована сильноуширенными линиями, соответствующими переходам валентного электрона междусостояниями 6P-6S, 6D-6P, 4F-5D, 5F-5D в атоме цезия.17) Показано, что в широком диапазоне давлений (0,1 атм – 1,5 атм) спектр излученияразряда в значительной части видимой области имеет планковский характер (т.е. совпадает сточностью до некоторой константы с излучением чёрного тела при температуре равнойцветовой температуре Тс излучения ИПР).
Такой вид спектра излучения объясняется тем, чтовидимое излучение ИПР формируется, главным образом, за счёт ярких 6P и 5Dфоторекомбинационныхконтинуумов,порогикоторыхсущественносдвинутывдлинноволновую область. Показано, что соотношение между цветовой температуройизлучения Тс и температурой электронов Т0 на оси разряда определяется значением231радиальной оптической толщины τR столба плазмы: Тс ≈ Т0 при τR ≈ 1, Тс < Т0 при τR < 1 и Тс >Т0 при τR > 1.18) Показано, что доля αvis видимого излучения в выходящем спектре во всехисследованных режимах горения разряда составляет значительную величину и изменяется вдиапазоне от 33% до 58%.
Максимальное значение αvis для разряда существенно превышаетBмаксимальное значение vis= 48% для спектра излучения чёрного тела. Максимальныезначения αvis достигаются в режимах горения разряда, для которых давление в концеимпульса составляет 400 – 800 Торр, а радиальная оптическая толщина плазменного столба ввидимой части спектра имеет значения в диапазоне 0,4 – 0,8.19) Исследована зависимость световых характеристик излучения ИПР в цезии отдавления р и температуры на оси Т0 . Показано, что во всём исследованном диапазонедавлений и температур излучение ИПР обладает высоким качеством цветопередачи (Ra >92). В частности, при р > 200 Торр и Т0 > 4500 К значения индекса цветопередачи Ra > 96.Максимальное значение Ra ≈ 99 достигается в диапазоне давлений плазмы p = 300 - 600 Торри температур на оси T0 > 4500 K.
При достаточно высоких давлениях (p > 1000 Торр)величина Ra слабо зависит от температуры плазмы, приближаясь к значению Ra ≈ 98.Цветовая температура излучения Tc относительно слабо зависит от давления плазмы p итемпературы на оси Т0 , плавно изменяясь от значения Tc ≈ 3000 K при T0 = 3800 K и р = 100Торр, до Tc ≈ 5000 K при T0 = 6000 K и р = 1000 Торр. Значения координат цветности Xc ,Ycизлучения плазмы ИПР близки к значениям Xc ,Yc чёрного тела во всём исследованномдиапазоне температур и давлений.20) В широком диапазоне параметров разряда выполнено сравнение результатоврасчётов, проведённых в рамках двухтемпературной многожидкостной модели ИПР, сэлектрическими и спектральными измерениями на специально изготовленной цезиевойлампе.
Показано, что построенная модель ИПР позволяет правильно описывать динамикуизменения во времени напряжения на разряде при заданной форме импульса тока. Хорошеесовпадение оптических измерений и расчётов во всём исследованном диапазоне давлений итемператур плазмы подтверждает справедливость заложенных в теории механизмовформирования спектра излучения ИПР в цезии. Этот механизм предполагает, что врезультате штарковского уширения и слияния высших членов спектральных серий,сходящихся к порогам 6P и 5D фоторекомбинационных континуумов, а также дебаевскогоснижения потенциала ионизации атома цезия в плазме, имеет место существенный сдвигпорогов 6P и 5D континуумов в длинноволновую область спектра.232Список основных работ автора по теме диссертацииА1.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф., Мезенцев А.П., Мустафаев А.С. Механизмы релаксацииэлектронного пучка в столкновительной плазме низковольтного разряда в инертномгазе.
// Физика плазмы, 1991, т.17, в. 3, с. 369-378.А2.Baksht F.G., Lapshin V.F., Mustafaev A.S. An investigation of low-voltage beam dischargein helium. II: Theory. // J. Phys.D: Appl.Phys., 1995, v. 28 , p. 694-700.А3.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Газодинамика импульсного излучающего разряда в смесипаров натрия с ксеноном.
// ЖТФ, 1996, т. 66, в. 11, с. 170-177.А4.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Баланс энергии импульсного излучающего разряда в смесипаров натрия с ксеноном. // ЖТФ, 1997, т. 67, в. 9, с. 22-24.А5.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Исследование импульсно-периодического разряда в смесинатрия с ксеноном. // Светотехника, 1997, № 5, с. 41-42.А6.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Особенности излучения плотной цезиевой плазмы ввидимой области. // Письма в ЖТФ, 1997, т. 23, в. 24, с. 40-45.А7.ЛапшинВ.Ф.Математическоемоделированиеимпульсно-периодическогослаботочного разряда в смеси паров натрия с ксеноном.
// Материалы Всероссийскойконференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-98, ч. I, с. 560-563.Петрозаводск, 1998.А8.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Спектр излучения однородного столба слабонеидеальнойцезиевойплазмы.//МатериалыВсероссийскойконференциипофизикенизкотемпературной плазмы ФНТП-98, ч. I, с. 415-418. Петрозаводск, 1998.А9.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Излучение столба плотной цезиевой плазмы в видимойобластиспектра.//МатериалыВсероссийскойконференциипофизикенизкотемпературной плазмы ФНТП-2001. Ч.1, с.
122-126. Петрозаводск, 1-7 июля2001г.А10.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Плазма импульсно-периодического разряда в цезии какэффективный источник света. // ЖТФ, 2002, т. 72, вып. 7, с.100-105.А11.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Теория импульсно-периодического излучающего разряда впарах цезия. // Материалы Всероссийской научной конференции по физикенизкотемпературной плазмы ФНТП‒2004.
Т. 1, с. 56-61. Петрозаводск, 28-30 июня2004г.А12.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Теория импульсно-периодического излучающего разрядавысокого давления в цезии. // Письма в ЖТФ, 2004, т. 30, вып. 24, с. 70-76.А13.БакштФ.Г.,ЛапшинВ.Ф.Математическоемоделированиеимпульсно-233периодического излучающего разряда в парах цезия атмосферного давления // ТрудыVIМеждународнойнаучно-техническойконференции«Компьютерноемоделирование 2005». СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2005, стр. 159162.А14.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф., Шиман А.С.
Моделирование световых характеристикимпульсно-периодического разряда высокого давления в цезии. // Светотехника, 2005,№3, с. 20-22.А15.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Теоретическое исследование слаботочного импульснопериодического излучающего разряда высокого давления в цезии. // Прикладнаяфизика, 2006, № 6 , с. 63-72.А16.Бакшт Ф.Г., Лапшин В.Ф. Двухтемпературная модель импульсно-периодическогоизлучающего разряда высокого давления в парах цезия. // Материалы Всероссийскойконференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2007.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
