Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Однако они могут значительно отличаться на участках с высокой работой выхода, так как средняя работа выходя (которая определяет эмиссию нулевого поля) неодинакова у разных кзтодов, что вызывает широкие изменения в термоэмиссии нулевого поля. Эти результаты позволяют считать, что участки с высокой работой выхода могут скорее иметь место па наружных поверхностях кристаллов, чем на тех участках кристаллов, которые расположены внутри пор. Зоной низкой работы выхода могут быть те кристаллические грани, которые обращены внутрь, к порам покрытия. Эти последние грани обращены к источнику бария (реакция между оксидным покрытием и металлическим вольфрамом), и они более всего защищены от неблагоприятного воздействия окружающей среды, чем внешние грани. Внешние грани получают удары от ионной бомбардировки, ~распыляются, и на них происходит осаждение вольфрама или других металлов, распыленных с соседних электродных частей, наряду с реакциями с примесями газов.
Следует ожидать, что степень активации, а следовательно, и работа выхода наружных граней будут сильно меняться от катода к катоду. Степень активации барием и работа выхода внутренних граней, обращенных к порам, будут более близки к значению, определяемому термохимическим равновесием, и поэтому более или менее одинаковыми для всех катодов, Из работ Лосеса (Еоозез) и Бинка (УЛпй) (Л.
4-12) известно, что электроны, эмиттировапные в поры пзкреятия, стремятся выйти к поверхности н, следовательно, эта внутренняя эмиссия будет доступной для действия ускоряющих полей. Подтверждением этой точки зрения является рис. 4-21, который показывает результаты измерений термоэлектронной эмиссии нулевого поля и полной электронной эмиссии при ионном токе 25 мА после бомбар- 108 дировки в тлеющем разряде. Каждый вид эмиссии изображается как процент ее значения до бомбардировки в тлеющем разряде, и каждая точка дает два результа. та для одного эксперимента.
Ясно, что когда все точки располагаются выше линии 45', эмиссия нулевого поля уменьшена в любом случае тлеющим разрядом больше, чем эмиссия ускоряющего поля. Основными следствиями катодной бомбардировки в тлеющем разряде являются распыление внешних кристаллических граней и осажде- 'ь й ьбв— й. с,я ~~п.в к пу пв о .в "ь пб г ь пв ~ь йд ь э пг пг пд пу пб пв пппвпвбп ч дсгиссия пулсбсгс поля пиле балгбардирсдпи длги ссия рулевого поля перед бсмбардирсдясй Рис. 4-21. Результаты многих зкспериментоз по бомбардировке катоде ири тлеющем разряде, показывающие, что в общем случае уменьшение змиссии ускоряющего поля меньше, чем змиссяи нулевого поля. ние вольфрама и никеля распыленного с других частей электродного узла на внешние кристаллические грани. Следует ожидать, что эти факторы наносят больший вред внешним граням, чем внутренним. е) Факторы, определяющие ерок 'службы катода Срок службы люминесцентных ламп определяется главным образом долговечностью катодов.
Когда катоды теряют основную часть термоэлектропной эмиссии, определяемой оксидным покрытием, лампы или перестают зажигаться, или работают в режиме тлеющего разряда, 109 который ведет к быстрому распылению оставшегося иа катоде покрытия и лампа выходит из строя.
Задача, в конечном счете, сводится к сохранению запаса щелочноземельных окислов на катоде. Как уже указывалось ранее в этой главе, источником электронной эмиссии с катода является полупроводящая пористая масса щелочноземсльных окислов между витками вольфрамовой проволоки. Согласно литературным источыикам по этому вопросу именно присутствие избытка бария, растворенного в смешанных кристаллах оксида, делает окислы полупроводящими и уменьшает работу выхода, что обеспечивает свободный выход электроыов.
Избыточный барий образуется благодаря химической реакции между окисью бария н вольфрамом 6ВаО+'заг — ьВаз%0а+ЗВа. (4-6) Вольфрамат бария Ваз%0а остается на границе между вольфрамом и покрытием, в то время как барий днффундирует через покрытие частичыо в твердой фазе, но в основном в виде паров через поры покрытия 1Л. 4-131. Ясно, что когда вся окись бария ВаО использована или испарилась, не будет дальнейшего поступления бария и не будет дальнейшей активации покрытия. Промежуточное соединение играет очень важную роль в ограничении скорости образования избыточного бария па катоде, обеспечивающего температуру, требуемую для получения достаточной эмиссии.
Можно очень просто показать, что если реакция, описанная у~равнением (4-6), протекает беспрепятственно, то вся окись бария на катоде будет превращена в барий и испарится в течение 1000 ч. Слой ВазуЧОа между оксндом и вольфрамом снижает скорость реакции до уровня, более согласующегося с требованиями к долговечности катодов. Если люмипесцентпую лампу мощностью 40 Вт один ~раз включить и после этого не выключать, то опа прогорит около 32 000 ч, прежде чем выйдет из строя. Это определяет некоторую предсльную минимальную скорость расходования катодпого покрытия. Если лампа работает в трехчасовом цикле включений при использовании схемы быстрого пуска, то ее срок службы 16000 ч.
Утке было отмечено это уменьшение долговечности катодов от пусковых процессов, это уменьшает долговечность катода в 2 — З,раза. Сначала рассмотрим процессы, которые вызывают основной расход катод- 11О ного материала в режиме непрерывного горе- „15 ния. Необходимо заметить, й что в обсуждениях бу- ~ 15 дуг представлены соб- й ственныс взгляды автора, основанные на эсперн- ь ментальных данных плюс различные факты из литературы по физической 55' 155 15СГ' соазоаьги' угол электронике. Существуют в осыов- 1зис.
4-22. Зависимость катопиого ном три процесса, кото- папеиии типичной люмииеспоитиой рые могут вызывать рас лампы, Работающей иа перемен- иом токе, от фазового угла ход катодного материала: реакция катодного покрытия с газообразными примесями распыление и испарение. Первый из них весьма незначителен в хорошо обработанных ла~мпах. Большинство реакций при наличии небольших количеств газообразных примесей происходят с люминесцеитпым покрытием, площадь поверхности которого значительно больше, чем площадь катодного покрытия. Распыление при стациоыарных условиях также мало.
На рис. 4-22 показана кривая катодного падения, измеренная с помощью импульсного зопдового метода, в зависимости от фазового угла для лампы, работающей на переменном токе, прн этом катодное падение в течение всего полупериода меньше 17 В. Интересно заметить, что в начальный период развития люминесцентных ламп было много ссылок в литературе па наличие в каждом полупериоде перехода от тлеющего разряда к дуговому, основанных на довольно логичном предположении о том, что если лампа гаснет каждый полупериод, то при перезажигании в следующий полупернод, оыа пытается пройти вновь через все стадии процесса зажигания, вклсочая фазу тлеющего разряда.
В действительности, как видно нз рис. 4-22, высокое катодчое падение в начале полупериода отсутствует. Более того, измерения баланса энергии катода показывают, что большая доля энергии, нагревакпцей катод, поступает от соударения электронов в анодпый полупериод, что свидетельствует о том, что катод не охлаждается между катод- ными полупериодами. Он иагрет также или даже боль- 1!1 ше в начале каждого эмиттируюшего полупериода и аналогично в конце его. Не следует ожидать периода тлеющего разряда в начале каждого полупериода. Значение кривой зависимосги катодного падения от фазового угла состоит в том, что она позволяет установить верхний предел и количестве удаляемого китодного материала прн распылении, когда ионы удпршотси о катод с энергией катодиого падения.
Вехнер (>з>с!Изс>) [Л. 4-141 провел обширные измерения скорости распыления различных материалов различными ионами с паимеищпей энергией ионов около 20 В. Он не смог измерить распыление при более низких энергиях, потому что скорость испарения при 20 В уже крайне мала — около 10 а атомов, удаляемых одним падающим ионом; хотя работа Вехнера ие включала окись бария, как объект измерения, существенно, что все другие изученные вещества дали те же результаты, поэтому нет оснований предполагать, что барий поведет себя иначе. Кроме того, Вехнер обнаружил слабую зависимость >распыления от температуры.
Было уже показано, что типичные ионные токи на катод при заданных условиях меньше чем 1000 мА/см'. Подсчитаем скорость распыления катодпого материала, принимая, что для удаления одного атома с поверхности требуетси 10' ионных ударов: Число удаляемых атомов , атом 1000 10-'А/см' см' с ,иои 1,6 ! 0- "Кл/иои 1„=60.10>ь —, Если предположить, что для материала катодного по- крытия средняя атомная масса около 75„то потеря в мас- се в секунду может быть подсчитана следующим обра- зом: г/(смз с)=60 1О" атом/(смз с) Х75 атом масса/атомХ Х!,67 10 з' г/атом ° масса=7,5 1О 'а г/(смз с).
Теперь сравним полученный результат с потерей в массе на 1 см" только за счет испарения, По данным Руттледжа и Риттнера [Л. 4-131 давление паров ВаС1, мм рт. ст., может быть выражено как 1д р= — (19 700/Т) 1-8,87, где р — давление паров; Т вЂ” тсмперату>ра, 112 Таким образом, при 1160 К давление равно 0,1Х Х10 ' Па (?,5 1О-' мм рт, ст.), прн 1260 К оно составляет 2,76 !О-' Па (2.10 — ' мм рт. ст.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
