Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Это физическое явление известно, как «эффект Пенниига», названного так по имени ученого, впервые от. крывшего, что в смеси газов при определенных условиях значение таунсендовского коэффициента и может быть много выше, чем для каждого газа в отдельности [Л. 3-7), Рисунок 3-!О показывает данные Пеннинга о коэффициенте и для неон-аргоповой смеси, как функции Е(р при различных концентрациях аргона и неона [Л. 3-8]. Становится ясным, что чем выше значение а, тем может быть ниже пусковой потенциал, обеспечивающий пробой п~ри данном давлении. 72 Для инТерпретации эффекта Пеннинга, имеющего свои критерии, берут известну1о смесь Пеннинга, в которой атомы, составляющие главную часть смеси газа, должны иметь наиболее низкий уровень возбуждения метастабилей, чем потенциал ионизацни меньшей составляющей в смеси.
При этих условиях метастабильные атомы главной составляющей газа, сталкиваясь с атомами, находящимися в меньшинстве, могут передавать нм полную энергию возбуждения, ионизируя их при этом. Рнс. 3-10. Ррафнк зависимости г»7Е от Е7р лля неон-аргоновой смеси, показывающий эффект Пеннннга. Параметр в процентах аргонв в смеси. — — — — — — лампы постоянного о при данном давлении, поиЗЗыпнщщии, ито е/р достигает при денном и минимуме ирн 03% нргони. Причина, почему этот процесс увеличивает коэффициент иопизации, заключается в следующем. Имеется очень большая вероятность того, что при пробое каждый электрон может достигнуть кинетической энергии, равной энергии нижнего уровня возбуждения атомов газа, в котором наступает пробой.
Существует только два механизма потери энергии электроном: потери при упругом ударе и потери возбуждения; плотность электронов слишком мала для энергии, приходящейся на 73 до>1ю других электронов. Потери при упругом ударе малы и электрон продолжает получать энергию от приложенного электрического поля до тех пор, пока не приобретет запас энергии, достаточный для неупругого удара, при котором он может потерять почти всю свою кинетическую энсргию. Если атом сталкивается с исвозбужденным до метастпб>ильпого уровня атомом, то не может произойти ионизация атома. Атом либо излучает, либо оп снова и далее возбуждается другими электронами.
Если же атом возбужден до метастабильного уровня, сколько бы энергии ни было запасено, атом не может излучать. Он должен потерять эту энергию либо при другом столкновении диффундировать к стенке и отдать ей эту энергию. Если он столкнется с другим атомом, он может передать энергию возбуждения и, когда условия Пеннинга удовлетворяются, нопизировать второй атом.
Таким образом, эффект Пеннинга превращает одну весьма высокую вероятность, что каждый электрон будет получать энергию до тех пор, пока не произойдет возбуждающего соударения, в другую высокую вероятность, что результатом этих соударений будет ионизация. Но почему должен существовать максимум прн такой низкой концентрации, меньшей составляющей смеси газа? Ясно, что чем выше концентрация меньшей составляющей смеси, тем больше вероятность того, что атомы могут быть ионизированы метастабилями большей составляющей газа, прежде чем они потеряют энергию другим путем; иными словами, а будет увеличиваться с увеличением концентрации, вызывающей этот эффект. Уменьшение а при более высоких концентрациях аргона, показанное на рис.
3-10, может явиться следствием уменьшения вероятности образования метастабилей неона. Проблема, конечно, заключается в том, что атомы, составляющие меньшинство, также имеют уровень возбуждения ниже, чем потенциал ионизации. Эта проблема может быть лучше понята на примере смеси аргон— неон. Вероятно ли это для электрона, достигшего энергии 11,55 В (самый низкий уровень потенциала, необходимого для образования метастабиля аргона)? Скорее всего, этот процесс протекает следую>цим образом: вначале электрон может получить дополнительное увеличение потенциала на 5 В, будучи ускоренным электричес- 74 ким полем, и по достижении им энергии метастабильного уровня неона 16,62 В он может возбудить атом неона до метастабильного уровня или электрон соударится с атомом аргопз, возбуждая при этом атом и теряя всю свою энергию.
Опуская детали о дрейфовой скорости и эффективном сечении для соударения, ясно, что вероятность второго события возрастает за счет первого, так как возрастает концентрация атомов аргона. Так как условия образования возбужденных или метастабильных атомов аргона далеки от оптимальных (в смеси пеон— аргон) для создания как ионов, так и метастабилей, то коэффициент ионизации а умен>ннается с увсличенисм концентрации аргона, когда этот процесс преобладает. Таблица 3-1 Энергия метастабнлей н потенциал ионизация для различных разряженных газов н ртути Потзипиав иоипзаиии, в Потзипиаа обаазовааы мзтаитабивеп, 3 Газ 24,58 21,56 15,76 10,43 14,00 12,13 Гелий Неон Аргон Ртуть 1(риптон Ксенон 19,80 16,62 11,55 4,67 ч 01 8,32 Если это принять, затем также учесть, что определенное значение а, требуемое для зажигания самостоятельного разряда, задается геометрией, то наименьшее отношение Е1р для этого значения (рис.
3-10) получается в аргоне при концентрации около 0,!ото. Это явление важно в люминесцентных лампах, потому что ртуть и инертный наполняющий газ образуют смесь Пеннинга. Причиной для широкой вариации напряжения зажигания в зависимости от окружающей температуры является изменение концентрации ртутных паров в газе с изменением окружающей температуры. Рассмотрим табл. 3-1, где даны потенциал образования метастабилей и потенциал ионизация для различных инеРтных газов и ртути.
Чистый гелий, неон и аргон образуют смесь Псннинга со ртутью, в то время как криптон и ксенон не образ)чот такой смеси, Еолее того, оптимум концепт|радин 75 ртути в аргоне для максимума а составляет около одной десятитысячной, значение, которое хорошо согласуется с минимальным напряжением зажигания при температуре, близкой к комнатной и для давлений аргона, имеющих оптимум в силу других причин.
Эффект Пеннинга может быть реализован на практике при аргонпом наполнении лампы при стандартных условиях, когда напряжение зажигания 160 В; такие же лампы, наполненные криптоном, имеют напряжение зажигания 240 В. Криптон не имеет широкого распространения как наполняющий газ в люминесцентных лампах преимущественно по этой причине. 3.4, КОНЦЕНТРАЦИЯ ПОЛЯ И ПРИСТЕНОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ Наиболее важное явление в зажигании люминесцеитных ламп может быть проиллюстрировано с помощью рис.
3-11,а, где показана зависимость напряжения зажигания лампы от сопротивления внешней поверхности' (Л. 3-9). Заметим, что для промежуточного значения ВВВ ~а хар ь КВВ е бСТТ Вар 4лаа ф Езп Рпс. 3-11. Зависимость напряжения зажигания лампы мгновенного пуска мощностью 40 Вт от внешнего поверхяостпого сопротивления (п); ноле па конце лампы, имеющей внешнее ппзкоомяое покрытпе в ваде пленки (б), к поле с высокой напряженностью между поверхностным разрядом на внутренней стенке трубки и ппзкоомкой наружной поверхностной пленкой (в). Л вЂ” опзкоомнос плспочсос покрытпс с похсоцнвлом ос осм. рсвпым У„„/2;  — поверхность с отрвцвчельяым авралом; С вЂ” стекляаява ссевкв трубка; Ю вЂ” отклояеяке ляпая ваейтрвческосо ассы. 7Б .опр отивлсния напряжение зажигания увеличивается лень круто, в 2 — 3 раза по сравнению с более низким 1 высоким сопротивлениями 1Л.
3-10]. Это явление иллюстрирует важность необычного рас- ТР еделения потенциала между двумя электродами. Для 1Е еж точных значений поверхностное сопротивлен1 (остаточно низко и защищает лампу от эффекта поверх1остного разряда при еще достаточно высоком прилокенном к лампе потенциале между различными элекгродами и очень небольшом разрядном токе. Градиент тотенциала внутри лампы нормальный, имеющий максимальное значение, приблизительно равное отношению (l„„/Ь. Поле в лампе может иметь достаточно высокую напряженность перед тем, как в ней возникает таунсенцовская лавина. Напряженность поля пробоя корреспондируется со значением Е)р, приблизительно равным 0,04 В/(см Па). Рассмотрим теперь случай на рис.
3-!1,6, когда поверхностное сопротивление очень низкое, и примем промежуточное значение потенциала между двумя электродами. Напряженность поля в газе вблизи каждого электрода на много выше, и ее приблизительно можно оценить как '/2Ухх/)х=У„ /ь), где х( — радиус трубки, а хх — ее диаметр. Таунсеидовская лавина может возникнуть между электродом и степкой, где У„х намного ниже, стеклянная стенка заряжается и будет иметь потенциал, близкий к потенциалу электрода, как иа рис.
3-! 1,б. Как видно на рис. 3-1!,в, по нап1равлению к аноду об азуется ведущее поле с высокой напряженностью, заряжающее участок на стенке, возникает таунсенд ен овская лавина, отрицательно заряженный участок стенки постепенно перемещается вдоль трубки. Ионизирующие лавины продолжают ступенчато продвигаться вдоль трубки до тех пор, пока не достигнут противоположного электрода. Поскольку лавины всегда возникают в местном электрическом поле с напряженностью намного выше, чем среднее значение междуэлектродного поля, процесс зажигания может завершиться при значительно более низком общем потенциале. Преимущество, создаваемое этим эффектом во всех люминесцентных лампах, устанавливаемых в осветительной арматуре, связано с наличием металлического отражателя и металлического кожуха балласта.
Имеет- 77 ся, конечно, в в лены 'б. иду, что эти металлические части заземТак как большинство балластов содержит автотрапс форматоры, то один электрод лампы находится по по- питающей сети, а другой имеет повышенный д по- потенциал по сравнению с основным. Может быть, т ыть, па- отличие в п ц, один электрод лампы имеет значител отенцнале между ним и арматурой нли от аьное жателем, нахо я д щимся па расстоянии нескольких сантн- тра- метров от лампы. Процесс пуска всегда неизменно со- ответствует о но рис. 3-11,6 и в, и дному из режимов, показанных на и требуемым напряжениям зажигания ламп, взятым в соответствии с расчетом на этот эффект. Одна нз проблем, возникающая при ооорудовании люминесцентног го освещения, состояла в том, что поверх- ность лампы непрерывно покрывалась пленкой влаги; эта пленка близко ко ес может иметь поверхностное сопротивл епне, рр пондирующееся с сопротивлением, соот- ветствуюп1им максимальному напряжению заж зажигания ламп в р с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
