Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Ионный ток к катоду пропорционален вероятности е, с которой эмиттировапный электрон генерирует ион в отрицательном свечении, помноженной на вероятность о, того, что этот ион достигнет катода при общей электронной эмиссии 1 . Существует возможность измерить многие из этих величин и с их помощью вычислить оставшиеся неизвестные, именно на их измерении основано понимание процессов на катоде. г) Измерение различных параметров методе~в Ионньгй ток к катоду. Каиболее трудное измерение, которое в общем случае не может быть вьшолнено, это измерение ионного тока к катоду. Однако оно может быть выполнено для частного случая, а его результаты использованы в других случаях.
Метод измерения зави- сит от множества свойств отрицательного свечения, кото- рые были выяснены при целом |ряде измерений с по- мощью подвижных зондов ~Л. 4-41, 89 г,в «(!2!2 о' l ! ! 2,0 д,! чь о ь, рд д 'н о' 'а --о ~ -о —— уд д) и уиу гд .тд Расстщтнис осп еогпода, сн Напряжение на осаде В гд гд дд йа Расспгояние опт нану~ода,см В ин 45 457'д «у с'и с Ъ. "~7 ю-ю~..
е, .~~ - о о«,В'ь" Рис. 4-7. Распределение плотности электронов и потенциала в ооласти отрицательного свечения в зависимости От расстояния от нагретого катода при разряде постоянного тока и давлении (30 Па (! мм рт. ст.) неона плюс насыщенный пар ртути при указанной температуре. а — расярслсяеяяе ялагностя. Точка 4,25 сн ярябяязятсяьно соответствует начялу поло кятелыюго стоябз. Плотность глез«розов в отряпятельнон свечсняз з 5 — !О раз больше, чем в яояожнтеяьяом столбе; б-Рясярелзлеяяз потеннззла. Электронный тоя переносятся яз об«яств отрянзтсльяого свечения к положительному столбу в основнов зз счет дчффузнн, вызываемой неля. чяея очень большого градиента плотностей, яояззяяяо!о яя рнс, 4-у,с, вяправленного протяз тарнозящего элеятрячесяого паля.
Это жс поле стремится оттолкнуть яояы, сер«саванные з отряпятезьнон сзеченнн зя нрелелзмн максимума сстчяняяля, от я«толя, з яе яо няярявяеякю к нему. Читатель, не знакомый с техникой н интерпретацией зондовых измерений, найдет нх в приложении Б, Йа нс. 4-7 — 4-11 показаны основные результаты нзреннй в разряде на постоянном токе, ат д а рнс.
ато наг евалмере ся от отдельного источника переменног о тока факнм образом, чтобы обеспечивалась приблизительно ~равномерная температура. га н мнческая зявнснмость зондового тока от няпряжеРис. фц Лотар фюнес я ния иа зонд . р е. П ямая линия иа гра ике, н. ктроиов по энергии; графики тпмаксвеллопскоь у р р курок и асп еделенню электрон па кривой ! соотнетству!от группе максзе.
л~ элект онов с высокой энергией «и с наложением группы эл ' " " г 'й «и типа к иных и для сн э к ро ); р фини а а евно пространство с омсщзется В темиое зр д ' ' с веллонскому распределению с д ц ию с е ицнтом элект гиен, Эти графики произвольно располож были пол чены з разряде в п чтобы не смещать нх. Онн ь п ленни !30 Па (! мм рт ст) плюс н асыщенный и няя 0,25 см от катода; кривы с 2 — Ютб:я; З— Кривая ! снята нз рясстояняя О, 5 — 4,25 сн от катода. 4Л; 4-2 сн, 5-З см н 9! На рис. 4-7,а, 6 представлены плотность электронов и потенциал в отдсльных точках в области отрицательного свечения в функции расстояния от катода. Из этих рисунков видно, что отрицательное свечение представляет собой плазму с высокой плотностью, в которой градиенты потенциала малы.
Они обусловлены амбиполярными диффузионными полями АТ,/Я, где )с — ~радиус разрядной трубки. ж В Рис. 4-9. Распределение электронов по энергии, рассчитанное на основе рис. 4-8. Кривая построена по методу Дрювестейнэ, модифицированного Меднкусом (Месисцз) (Л. 4-5). Группа электронов с низкой энергией обусловлена вторичными электронами, в то время как группа электронов, обладающая высокой энергией, обусловлена первичными электронами, эмиттированными с катода и «вбрызгиваемыми» в отрицательное тлеющее значение с энергией, близкой к катодному падению, равному 15 В. Большая часть ионов, образовавшихся в отрицательном свечении, получена за счет первичных электронов.
На рис. 4-8 в логарифмнческом масштабе представлен электронный ток па зонд в зависимости от потенциала зонда, находящегося в плазме. Из рнс. 4-8 видно, что электроны в области отрицательного тлеющего свечения состоят нз двух груни: из группы максвеллизованных электрояов н дополнительной группы электронов с высокой энергией около катода. Обнаружено, что электроны с высокой энергией пе достигают темного фара- деева пространства и поэтому оно темное. На рис. 4-9 изображены схематически результаты анализа распределения электронов по энергии по методу Дрювестейна (1)гпууез(уп), модифицированному Медикусом (Меб(сцз) 1Л. 4-51.
Группа электронов, обладающих высокой энергией, называемая «первичными элек- 92 ми катодом' и УскоРЯемь(е кй т онами», эмиттированиьчэчи ' большую часть е е сохРанЯюШие т одным падением, но еШ ьном свечении, не смотря на то, что энергии в отрицатель „ ление направлений дви о~ Ги имеют лапти~~~~~~ ра пр " ям. Группа мак- и гим стОЛКИОИЕИИ жения благодаря Упру * ( Оричные электроны>))— свеллизованных электр~ онов «втцри ',е, которые Образованы н ионнзацни атомов га. за первичными электр с ' .В" = х»» см ' нами. Н „, 4.10 показано пр оникновение первич- ч ных электронов в отрцательное свечснис.
Рисунок иллюстрирует п(эи мерно экспоненцнальиый характер коэффициента рассеяния. Н рис.4-11 представ- р а нлена схематически зав- ах, =изб симость коэффициента н Р ассеяния а от Р, где Р, — вероятност уругого столкновения алекс Г,В Да трона с энергией н а . ах лаауааа, см атомами газа на 1 с длины свободного пробе- . 4- 1О. Зависимость плотности ия. Рис. от асстоя- У п гого столкновен 4 перв п и азряде в нео. Как указано в 1Л. 4-4), е с насыщенными парами рт существование здесь РошегО сОответствин ИОд- прн указапио темпе верждает, что псрвичн а ые ленни а ме сны (че- ют выс во нзбсммаине путаэл э ект оны сохраняю анные хорошо описыва свою энергию (и идснтп - пицы д энергии) до пеупругого стоЛКИОВЕНИИ, ПоСЛе ЮЫ образуется ион или возбужденнын ачом. пределение электронов льном свечении пробольшая часть ионизаци ии в от ицатель чных электронов.
. Таким образом, исходит за счет первичн сти об азования и онов в отрицаРаспределение скорости р зависит от первич ных электронов, тельном свечении зави 93 плотность которых уменьшается при удалении от катода по экспоненте с постоянной скоростью, которая известна, если известен состав смеси газов. Вернемся к рис. 4-7,а, б, которые показывают, что ионы образуются в области слабых электрических полей и относительно слабые поля заставляют их вернуться к катоду. На рис. 4-7 не показаны сравнимые по напряженности амбиполярные диффузионные поля, которые Рис 4 !! Зависимость постояииои уменьшения плотности первичных ед электронов от рл ЗР;Р~ для данной смеси газа.
Эти данные согласуются с тем,что первичиые электроны, еьслейиые в приблизительно равлопотеициальиое отрицательное сзечеиие с полной эиергией катодиого падеиия, совершают большое число р упругих столкновений с атомами газа после того, как оии диффуидируют от катода, ио сохраняют большую часть избыточной энергии и анзлогичиое распределение энергии до совершения иеупругих столкновений. Π— неон; ° — аРгон; Л вЂ” Зееа неона н зете аРгона; 'ЬУ вЂ” кРнптон.
заставляют ионы двигаться к стенкам трубки или к держателям катода. Фактическую часть ионов й; которая достигает катода, трудно вычислить, ио приблизительно она составляет около 30%. Для измерения ионного тока важно, что при выборе подходящей смеси наполняющего газа глубина проникновения первичных электронов и расстояние от катода, где образуется в среднем ион, может быть около 1 см. На рис, 4-12 показан электрод такой конструкции, котс!рая дает возможность измерить ионный ток. Он состоит нз двух перевитых спиралей, одна из которых имеет покрытие, другая — нет.
Они находятся на довольно большом расстоянии (1 мм) друг от друга по сравнению с толщиной пленки (менее 0,1 мм) и маленьким по сравнению с глубиной проникновения электронов, Непокрытая спираль работает црп температуре 1400'С с дополнительными отрицательными скосами в 15 В. Сочетание высокой температуры и энергичной ионной бом- 94 4-!9. Геометрия искры™и Рис. спирали и спирали без Р пок ыдля измерения иоииого тока.
н аль; у — спираль Г нысрьетан Р б — расстоянне беа нскры™н Ра мм. мсмлу у СЛНРаааня ОКОЛО 1 а алек. 11 П глубина нроннкнонанн троноа ОКОЛО Ль шо оксида "!апьг ' ' 1у ляемого с покрытой,спи- алн сразу же, как только он откладывается, та к что непокрытая спираль й и имеет Очень малую термоэл р у элект онную эм для чистого вотьфр р ама п и Т=14 ~аким обр зом, онако окрыта спи ет электроны, в р , в то в емя как обе спирали име б ать ионы, образованблизительно д о инаковый шанс со ират рвичными электронами.
ные в отрицательном свечении первичн " ток в 2 аза больше тока а в чистой спиОбщий ионный ток в р ен току в поКрытой Результаты х элект онов равен четом тока в чистой спирали. спирали за выч т оказаны на рис. 4-13. измерения ионна ного тока к катоду п 11 — 12 В происходит иони- б ани мета- нап яжении з ация ртути, вызванная, ая, во-пе вых, о а гона, которая не завис ит от тока, стабильных атомов арг о общего тока. и, во-вторых, ступ енчатая зависящая от катода, являются Очевидно, что все они, они, достигающие и, так как, всегд У а меньше пав основном ионами ртут тенциала ионизации ар а гона или неона. таких сложных Нзготовление бо т ольшого количества т не лобио, ледует отм перевитых спиралей неу о имеет приблизительно т ли опытный катод нм тод, так же располочто и длинный д у в хспиральный катод, имеют те же размер ы, газов аничные колбе и онн им в такой же смеси ли естус словия амбиполярной ди зии те ж , ых ионов, собранных во всех образованных и ательно, проблема ном катоде, будет тем же, ледова экспериментально пу определения ионног о тока к такому изме ению катодн ого падения и опре- 4 13 делению тока по данным рис, 9к ъ ъъ -(55« ау ь '03 с 355~Я, и 5ПЗ ч заа а 500 д! 5 ш !5 Малгздэос постна«, И Температура катода.
Температура катода в дуговом разряде может быть определена с помощью оптического пирометра, который измеряет яркость поверхности в «красной» части спектра путем с!равнения с яркостью нити при известной температуре ". В разрядах, с которыми имеем дело, в результате испарения бария и кальция из катода генерируется красное излучение в отрицательном свечении, которое отражается от горячего катода. Измерение яркостной температуры при наличии дугового разряда становится сравнительно неточным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
