Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Эти лампы, выпускаемые под товарным знаком «Тубуляр Металарк» 1«Тпоп!аг Мс!а!агс ()!)»1, предназначены для фотокопировальных и других полиграфических работ. Лампы под товарным знаком «Брайт Лайн» !«Вг!!с !.1пе (К)»! с добавками иодитов скапдия и натрия излучают Г>слый свст. Обе эти лампы могут, конечно, работать только в горизонтальном положении.
Глава девятая РАБОТА ЭЛЕКТРОДОВ В МЕТАЛЛОИОДИДНЫХ ЛАМПАХ 9-1. ВВЕДЕНИЕ В гл. 8 была рассмотрена с разных точек зрения работа металлонодидных ламп, однако из рассмотрения был полностью исключен вопрос о работе электродов. Это было сделано потому, что работа электродов представляет собой столь сложную проблему, что ей должна быть посвя1цепа отдельная глава. Во многих отношениях работа электродов в мсталлонодидных лампах подобна работе их в ртутных лампах высокого давления, однако имеется и существенное различие: электроды должны работать в течение многих тысяч часов в очень высоко- реактивной среде; этому вопросу и посвящено основное содержание данной главы.
Одно из самых неблагоприятных обстоятельств заключалось в том, что электроды, активированные окислами бария, которые оказались столь эффективными в ртутных лампах, не могут быть применены в металлогалогенных лампах, Галоген взаимодействует с окислами бария и кальдня, выделяя металлы в виде галогенидов. При температурах стенок горелки галогениды щелочно- земельных металлов имеют сравянтельно низкую упругость паров, так что они стремятся конденсироваться на стенках колбы, выделяя как актпвирующий металл катода, так и галоген, Остающийся кислород взаимодей- 2Ж ствует с вольфрамом, образуя летучис окислы вольфрама, которые переносят вольфрам на стенки, Полезный эффект пропадает, После нескольких сотен часов работы стенки горелки чернеют; черные осадки поглощают излучение дуги, что вызывает перегрев кварца и выпучивание стенок горелки.
В то же время электрод из торированного вольфрама работает очень хорошо. Как это имело место в отношении многих явлений, присущих лампам с иодидами металлов, эмпирические сведения намного предшествовали их теоретическому анализу, и данный случай не был исключением. Когда выяснилось, что электроды, активированные окисламн щелочно-земельных металлов, оказались неприемлемыми, логическим эмпирическим шагом было испытать ранее используемый катод, а именно катод из торированного вольфрама. В этой главе прежде всего будет рассмотрена химическая работа таких катодов в содержащем галогены наполнении лампы. Так же как и в случае ртутной лампы, нс имеется измерсяий ни отношения между ионным и электронным токами, ни катодного падения потенциала, ни баланса энергии на катоде; невозможно также детально рассмотреть электронну1о физику работы катода, которая может быть дана для катодов люминесцснтных ламп.
Ниже будет кратко рассмотрена работа двух различных катодов, которые были применены в выпускаемых промышленностью лампах: катоды из чистого вольфрама и катоды, активированные окисью торна. Р-з. ПОВЕДЕНИЕ МЕТАЛЛОВ РАЗЛИЧНОГО ТИПА В ГАЛОГЕННОЙ АТМОСФЕРЕ Поведение металлов в галогенной атмосфере зависит, в основном, от четырех факторов: упругости паров металла, упругости паров галогснида, стойкости галогенида и парциального давления галогена.
Для удобства рассмотрения целесообразно классифицировать металлы по трем различным параметрам в зависимости от относительной упругости паров металла, относительной упругости паров галогенида и его стойкости. Они поочередно рассматриваются в 5 9-2,а — в. Рассмотрение ограничим только одним галогеном, а именно иодом, хотя и другие галогены будут вести себя аналогично. 230 а) Упругость паров иодида меньше упругости паров металла в с ! : .с гре ье гпе ~ь гппп ьь lпп гп % ьь ~ь Еп вь пд Тс ТЕмпЕратура поверхности металла Рис.
9-1. Полная скорость удалении атомов метдллн с поверхности металла типо ! о атмосфере иола в функции температуры. l — скорость испарения металла; т — скорость испарения воднда; р — повмшепне давле. ння вода. Рассмотрим следующий опыт: поверхность металла М нагревают в атмосфере иода при давлении р1 и измеряют скорость удаления атомов металла с поверхности в функции температуры Т.
Предположим на мгновение, что имеет место неуравповешенная система, в которой атомы металла, удаленные с поверхности, никогда не возвращаются. В случае металла, иодид которого имеет более низкую упругость паров, чем сам металл, кривая полной скорости удаления в зависимости от температуры и давления иода имеет вид, представленный на рис. 9-1. На рис. 9-1, как и на рис.
9-2 и 9-3, скорости удаления металла сравниваются со скоростью испарения иодида при температуре стенки Тс. Температура Т„является максимальной температурой электрода; минимальная температура электрода, вообще говоря, равна температуре стенки. При низких температурах металл оказывается покрытым пленкой иодида, которая препятствует испарению металла, а сама испаряется медленнее, чем металл. При высоких температурах иодид диссоциирует (при более высоких давлениях иода температурный диапазон диссоциации выше), обнажая поверхность металла, который затем испаряется со скоростью, определяемой кривой упругости паров металла. Следует обратить внимание на то, что кривая зависимости скорости удаления атомов металла от температуры представляет собой плавную кривую; скорость удаления всегда возрастает с повышением температуры. б) Упругость паров иодида больше упругости паров металла; нестойкий иодид На рис.
9-2 показаны для этого случая скорость удаления атомов металла с поверхности в функции температуры. При низких температурах иод поступает на поверхность и взаимодействует с металлом, образуя стойкий иодид, который затем испаряется; скорость удаления атомов металла в этой об- н 'а,а а а аа' 10' ,а гдд ма ~~а 10 аа ,' 31 Рис, 9-2. Полная скорость удаления атомов металла с поверхности мствлли типа 2 в атмосфере иода в функпни температуры. д — скорость ксяараняк металла; д — скорость непарення яодкда; д — поаыменне даале. кая иода. 1г тк тСГГПГГгГГ Гури Ппдсддтгпди ггепгип.сг: ласти в точности равна скорости испарения иодида. При высоких температурах иодид перестает быть стойким, так что скорость удаления атомов металлов снижается до скорости испарения самого металла.
Вследствие малой стойкости иодида переход от испарения иодида к испарению металла происходит при сравнительно низкой температуре. Следует отметить, что и в данном случае кривая зависимости скорости удаления атомов металла от температуры представляет собой плавно возрастающую кривую. в) Упругость паров иодида больше упругости паров металла; стойкий иодид Рисунок 9-3 иллюстрирует этот случай. При низких температурах скорость удаления, как и раньше, равна скорости испарения иодида, однако эта скорость может быть реализована только до температуры, при которой скорость поступления атомов иода из газа на поверхность больше скорости испарения атомов иода как иодида металла.
Прн более высоких температурах скорость 232 Рис. 9-3. Полная скорость удаления металла с поверхности металла типа 3 в атмосфере нона в функции й а ~1д~1 температуры. ьн 1д 1 — скорость испарекг!я ме ал 3 аа ла; д — скорость испаренн» иоднда; д — поьыгоекка дарье- с: а 1д ння иода. аа йа д1 удаления атомов металла, которую можно а х 1а-д представить в виде $аа Л4/к, составляет только !/х часть скорости сь а поступления атомов т т е к иода. При еше более темперотдди подерлноети высоких температурах иодид перестает быть стойким и для обеспечения испарения одной молекулы иодида на поверхность должно поступать количество атомов иода больше чем х; следовательно, скорость удаления атомов металла с повышением температуры уменьшается и в конечном счете становится равной скорости испарения металла.
Следует отметить, что в данном случае скорость удаления металла имеет явный минимум при повышенной температуре. г) Применение н условиям лампы Используя рис. 9-4, можно применить эти кривые для рассмотрения работы возможных электродных материалов в лампе. Необходимо отметить, что в лампе максимальная температура электродов составляет около 2500 К, минимальная температура стенок горелки !ОООК и максимальные температуры дуги между ними 4500— 5000 К.
Диаграмма, представленная на рис. 9-4, идеализирует это состояние, для чего принята предпосылка, что везде, за исключением расстояния среднего свободного пробега от любой поверхности, температура равна максимальной температуре дуги, так что все разновидности молекул в газовой фазе полностью диссоциированы. В высокотемпературной газовой фазе парциальнос давление металла равно р и имеется достаточно большой промежуток времени для установления стационарного состояния, так что р и давление иода р; постоянны во всем обт еме газа 233 Скорость удаления атомов металла в функциях рг и р, определяется при помощи рис.
9-1 — 9-3. В первую очередь необходимо рассмотреть скорость конденсации . атомов металла из паров на поверхности; эта скорость приближенно составляет р /(2яМлТв)'" атома с единицы поверхности в секунду, где Т,— температура в дуге. В стационарном состоянии скорость конденсапии на каждую поверхность должна быть равна скорости удаления. Если скорость удаления металла с поверхности равна )(в и если все молекулы диссоциируют в высоко- температурном газе, то в стационарном состоянии, когда Рис. 9-4. Идеализированиоа воспроизведение системы лампы, состоящей нз элекДуга трала при температуре Тв, стенок при температур< Т, г и разряда между ними прн температуре Т,.
Предпола гается, что все разновидности молекул в разряде диссапнированы и высокотемае ратурпая область прости рвется на расстояние средней длины свободного про— Раеелгоенее— бега от обоих электродов и ат стенок. Скорость удаления металла с электрода )т„ является функцией Т„ н давления иода рь Скорость удаления металла со стенок Лв валяется функцией Т, Н Р~. СКОРОСТЬ ПЕРЕНОСа МЕтаЛЛа ИЗ ДУГИ Кв=Р ((2ПМагв)яв, ГДЕ р„ — давление атомов металла в газе. В стационарном состоянии )Св =2(в ИЛН ггв В ЗаВИСИМОСтн От ТОГО, КаКОЕ ИЗ НИХ НИЖЕ, а даВЛЕ- иие атомов металла в дуге определяется равенством р =)(в(йлМЬТв)'6 или ав (2яЛИТв)'Ь в зависимости от того, кака' ш нил ниже.
Любой избыток атомов металла в системе локализуется иа стенке или иа электроде в зависимости от то|а, откуда ои писгт наипизщую скорость удаления. скорость конденсации равна скорости удаления, парциальное давление непосредственно над поверхностью должно быть р =)с(2иМлТ ) цз, где М масса атома металла. Теперь необходимо определить, какие стационарные состояния возможны В случае рис, 9-1 (щелочные металлы являются хорошим примером) единственным стационарным состоянием является такое, в котором при высоких температурах весь металл на стенке в виде иодида металла, а на электроде, в основном, нет металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
