Диссертация (1150867), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Спектр излучения представлял собой «белый свет» с доминирующейлинией бария 553 нм и нескольких синих и красных линий иона бария. Серьезнымнедостатком этого разряда является химическая активность бария, поэтому длядостижения некоторой стабильности разряда приходилось использовать разрядныетрубки из оксида алюминия (alumina).Атомы молибдена испускают линии в диапазоне (365-604) нм. В работе [16]исследовался безэлектродный (Mo-O-Ar)-разряд в кварцевой трубке. Былаполучена светоотдача ~40 Лм/Вт. Это значение могло быть несколько увеличенопри условии преобразования УФ-излучения молибдена в видимую область спомощью люминофора. Для получения необходимого давления паров молибденатакже использовались достаточно высокие температуры порядка 1000 К.Особый интерес как источники УФ и ВУФ излучения представляютэксимерные лампы, основанные на использовании смесей инертных газов сгалогенами. Исследовались различные типы эксимерных ламп – с индуктивной иемкостной связью, барьерный разряд, высоковольтные тлеющие разрядынаносекундной длительности [17,18].
В работе [17] исследовался индуктивныйразряд в смесях Xe+Cl2 и Kr+Cl2. Была получена эффективность преобразованияэлектрической энергии в УФ-излучение (30-34)% на слаботочной стадии и (1117)% на сильноточной стадии разряда. Максимальное значение светоотдачисоставило 40 Лм/Вт. Серьезным недостатком таких ламп являлся малый срок16службы, связанный с взаимодействием хлора и стенок разрядной трубки, а такженеобходимость высокого напряжения (2-7) kV для поддержания разряда.
В [18]приведен обзор работ сотрудников Института сильноточной электроники (Томск,Россия)поисследованиюбарьерных,емкостныхивысоковольтныхнаносекундных разрядов в смесях инертных газов с галогенами [(Kr, Xe) + (Cl, Br,I)]. Описан ряд эксимерных ламп на основе барьерного и емкостного разрядов,пригодных для практического использования.
Максимальные мощности излученияи эффективности были получены для эксимерных молекул XeXe* (λ ~ 172 нм),XeBr* (λ ~ 282 нм), XeCl* (λ ~ 308 нм), KrCl* (λ ~ 222 нм).При использованииинтенсивного водяного или воздушного охлаждения удавалось достичь значенияизлучательной способности в 100 мВт/см2. Срок службы таких ламп, как заявляютавторы исследований, мог достигать нескольких тысяч часов.Инертные газы и их смеси также могут быть использованы для созданияисточников оптического излучения. Разряды с инертными газами, кромеэкологической безопасности, обладают дополнительными преимуществами передразрядами с парами металлов: 1) световые характеристики таких ламп практическине зависят от внешних факторов, прежде всего температуры окружающей среды, и2) лампы с инертными газами имеют весьма малое время выхода на рабочий режим.В работе [19] на основе радиационно-столкновительной модели была рассмотренаплазма разрядных источников света в чистых инертных газах – неоне, аргоне иксеноне при низком и среднем давлении.
Получена информация об электроннойплотности и температуре, напряженности электрического поля. Показано, чтодавление газа играет существенную роль: при его увеличении диффузионнаямодель Шотки перестает работать из-за образования молекулярных ионов.Включение в рассмотрение процессов образования молекулярных ионов позволилорасширить диапазон давлений до ~50Torr.В работе [20] исследованы барьерные разряды в тяжелых инертных газах (Ar,Kr, Xe) и их смесях при средних давлениях, а также в смеси Kr-I2. Показано, чтосущественную роль в излучении исследованной плазмы играют димеры инертных17газов.
Наилучшая эффективность генерации ВУФ-излучения в 20% была полученадля разряда в смесиKr-I2.Композиции инертных газов, с нашей точки зрения, могут оказаться болеепригодными для создания эффективного экологически безопасного источникаоптического излучения. Для этого необходима смесь двух инертных газов с сильноразличающимися потенциалами ионизации и возбуждения (аналог разряда в смесипаров металла и инертного газа).
Такой смесью может быть, например, смеськсенона или криптона с легкими инертными газами – гелием и неоном. Указанныеразряды широко используются в плазменных дисплеях при довольно высокихдавлениях (сотни Torr), что связано с малыми размерами плазменных ячеек [21, 22].Можно ожидать, что разряд низкого давления в смеси тяжелого инертного газа (Xe,Kr) с более легким инертным газом (He, Ne) при условии упомянутого вышеразделения ролей – тяжелый инертный газ определяет ионизацию и энергетическиепотери электронов, а более легкий инертный газ влияет только на диффузию идрейф частиц в плазме, может позволить создать эффективный источникоптического излучения [6,23, 24].
В указанных работах проведен анализвозможности использования разряда в смеси ксенона и более легкого инертногогаза (как буферного) в качестве источника оптического излучения при различныхспособах питания (DC, AC, импульсно-периодический разряда). На Рис.1.1представлен баланс мощности для разряда в смеси гелия с добавкой 2% ксенона.Как видно из рисунка, рост общего давления смеси уменьшает долю практическивсех неупругих процессов, в том числе ВУФ-излучения атомов ксенона, иувеличивает потери за счет упругих столкновений. Было получено хорошеесогласие результатов расчетов с данными экспериментальных исследований, чтопозволило сделать выводы о характеристиках рассматриваемой плазмы в широкомдиапазоне разрядных условий и, в частности, показать, что эффективность разрядас ксеноном может достигать примерно половины эффективности ртутнойлюминесцентной лампы при рабочих давлениях ниже 100 Ра.
Следует заметить, чтоболее коротковолновое резонансное излучение атомов ксенона 147 нм поотношению к резонансному излучению ртути 254 нм примерно вдвое снижает18квантовый выход и приводит к возможно более быстрой деградации люминофорапри воздействии резонансным излучением ксенона. Это делает необходимымиспользование новых типов люминофоров.Рис. 1.1. Вклад различных процессов в баланс мощности положительного столбаразряда в смеси 98% гелия и 2% ксенона в зависимости от полного давления смеси.Разрядный ток Iz = 60 mA; усредненные по сечению разряда мощности: LVUV (ВУФизлучение), LIR (инфракрасное и видимое излучение), Lio (ионизация), Lel (упругиестолкновения), Le− (потери за счет амбиполярной диффузии) иLdiff (потери за счетдиффузии метастабильных атомов на стенки разрядной трубки), отнесенные кполной мощности на единицу длины положительного столба EzIz [4].Дополнительную информацию, которая позволяет расширить краткий обзор,приведенный выше, можно найти в работах [25-40].191.2.
Результаты исследования разряда в смеси инертных газов с парамиводыКак уже отмечалось, присутствие молекулярной примеси в плазме газовогоразряда приводит, как правило, к существенному обогащению протекающих вплазме процессов, которые при определенных условиях полностью определяютсвойства плазмы даже в случае относительно малой концентрации такойдобавки. Одним из таких физических объектов является разряд в смеси инертныхгазов с парами воды, причем по упомянутым выше причинам целесообразно,чтобы концентрация молекул воды была существенно меньше концентрацииатомов инертного газа.Емкостной разряд в смеси паров воды с аргоном исследовался в работе [41].Измерение эмиссионных характеристик лампы, созданной на основе импульснопериодического емкостного разряда, показало, что основными в спектрах смесиAr–H2Oявляютсяполосыдиапазона175–200нм.Данныеполосыотождествлялись с излучением радикала ОН (электронно-колебательнымипереходами С–А, В–Х) и могут быть связаны с излучением возбужденныхкомплексов молекул (ОН) n(Н2О) [42].Оптимальное для излучения давлениеаргона в смеси аргона с парами воды составляло 0,1-0,5 кПа, оптимальноедавление паров воды – 0,06-0,16 кПа.На Рис.1.2 приведены примеры измеренных спектров ВУФ-излучения приразличных давлениях смеси.
С уменьшением парциального давления аргона,интенсивность излучения полос ВУФ-диапазона увеличивалась. По мнениюавторов, это указывало на низкую эффективность процесса передачи энергии отатомов Ar в метастабильных состояниях молекулам воды при возбужденииемкостного разряда короткими высоковольтными импульсами, что вполневозможно,поскольку наблюдаемоеизлучениевысоколежащими состояниями (C2+и B2+).былосвязаносболее20а)б)в)Рис. 1.2. Спектры излучения емкостного разряда на смеси р(Ar)–р(H2O) = 1.33–0.133 кПа (а), р(Ar)–р(H2O) = 2,66–0,2 кПа (б), р(Ar)–р(H2O) = 10.66–0.133 кПа (в)[41].Это вполне объяснимо, потому что рождения возбужденных молекул ОН* всостояниях C2+ и B2+в процессе тушащих столкновений метастабильныхатомов аргона (энергия ~ 11.5 eV) с молекулами воды не может быть в силунедостаточности энергии метастабильного атома для диссоциации молекулыводы на молекулу гидроксила и атом водорода (энергия диссоциации ~ 5.1eV)иодновременного возбуждения ОН в состояниеC2+ (энергия возбуждения ~ 11.1eV) или B2+ (энергия возбуждения ~ 8.7eV).В работах [7-11] исследовался разряд в смеси паров воды с инертными газами(Ne, Ar, Kr, Xe).
Способ введения молекул воды в разрядный объем, как показалиисследования, играет чрезвычайно важную роль. В работах [7-9] молекулы водыдобавлялисьвразрядфиксированнымипорциями,вработах[10,11]использовался люминофор, предварительно насыщенный парами воды приотносительно низкой температуре (~10oC). В первом случае порции молекулводы в смеси с инертным газом приготовлялись в специальном резервуаре изатем добавлялись последовательно к горящему разряду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
