17.Излучение неизотермической плазмы тлеющего и дугового разрядов. Процессы, определяющие спектральный состав излучения и его зависимость от давления

Неизотерм.плазма реализ.в «+» столбе тл.и дуг.разрядов.Осн.усл-ем существ-ия «+» столба яв-ся постоянный во времени концент-я заряж-х частиц.Баланс заряж-х ч-ц опред-ся балансом энергии,кот.поступ.в разряд постредством ускор-я заряж.ч-ц в продольное эл.поле.Потери энергии осущ-ся в след-ии рекомбин-ии на огранич-их стенках и в след-ии излуч-я «+» столба.Излучение:1)резонансное 2)нерезонан-ое.Поддержание постоян.концент-ии заряж.ч-ц при НД осущ.в основ.иониз-ей атомов из оснв.сос-ия.При увелич.Р,увелич.эффек-ть иониз-ии из возбуж-го сос-ия атомов.Реком-ия заряда ч-ц опред-ся реком-ей в объеме газа и двупол-ой дифф-ей заряж-х ч-ц на огранич.стенках.При Р до 10^-1 длина свобод.пробега ч-ц равного порядка,что сопостав. С линейными размерами разряд.трубки.При таких усл-ях потери заряж.ч-ц на стенках яв-ся основными.Режим работы «+» столба свобод.полета е-в,как более подвиж.ч-цы,заряжают стенки до определ-го потенц.,созд-я радиальное поле,кот.притяг ионы,с Увелич Р>10^-1,увел.частоты столкнов-й и «+» столб переходит в диффузион.режим.Возник.двупол.диф-ия,кот.начин.опред.потерю заряж.ч-ц на стенках.Zi частоты ионизации

Возник.двупол.диф-я,возник.радиальное поле.Его велич.сопоставима с продольным полем.

Важной хар-ой явл-ся коэф.объемной ионизации Zi(Te-темпер-ра,P-давление,Ui-потенц.энергия,сорт атомов газа)

Уравнение частоты локализации позвол.установ.завис.t от произвед.P на радиус эл.трубки.

Яв-ся универ-ой кривой для «+» столба работ-го в диф-ом режиме.Одна и та же завис-ть для разных сортов чистых газов.Сорт газа опред.конст.С.Исходя из графика легко определ.t е-ов в реальном разряде.Ч\з t е-ов можем произвести оценку частотной ионизации.t е-ов очень важный параметр в неизотроп.пламе.

19.Самостоятельный дуговой разряд (низких, средних и высоких давлений).

Дуговой разряд (в дальнейшем Д.Р.) можно реализовать как самостоятельный, так и несамостоятельный. Самостоятельный д.р. может быть получен из тлеющего путем увеличения плотности тока (1÷100 А/см²)От тлеющего, дуговой разряд, отличается процессами эмиссии электронов с катода. Основными видами эмиссии является термо и авто электронные эмиссии. В д.р. прикатодное падение потенциалов составляет несколько десятков вольт и близко к потенциалу ионизации атомов газа.Все д.р. классифицируются по 2 признакам:

1. По преимущественному типу эмиссии –основными видом эмиссии является термоэлектронная наз. «дуга с горячим катодом», а при автоэлектронной – «дуга с холодным катодом.

2. По роду среды в которой горит дуговой разряд : а) дуга в атмосфере газа или смеси газов – б)дуга в парах материала катода или анода –

О сновным элементом дуги является катодное пятно, которое обеспечивает интенсивную эмиссию, имеет высокую яркость свечения, резкая граница катодного пятна определяется зависимостью интенсивности свечения от температуры.Все дуговые разряды имеют положительный столб, соединяющийся с катодным пятном называемым кистью дуги.

Чтобы стабилизировать положение положительного столба в пространстве используют 3 основных способа:

1. стабилизация стенками; используется в дуговых люминесцентных лампах (ДРЛ, ДН)

2. стабилизация столба потоками газа или жидкости

3. стабилизация электродами. Реализуется короткая дуга с высокой силой тока с темп. плазмы в положительном столбе порядка 10⁴ К. Такие дуги применяются в лампах ДРШ, ДКСШ,ДКСЛ.

Параметры д.р. в значительной степени определяется давлением газа в положительном столбе -дуги низкого давления -дуги среднего давления - дуги высокого давления

Д уги низкого давления: область давлений от 1 до 10 мм. рт. ст. , плотность тока на катоде может достигать 10⁸ А/см² , механизмы эмиссии электронов до настоящего времени не имеют аналогичного описания. Характерной особенностью является то что при увеличении давления выше 10 мм. рт. ст. приводит к резкому уменьшению площади сечения столба. Этот эффект называется контракцией. Плазма “+” столба дуги низкого давления представляет неизотермическую плазму, в которой температура электронов на 1-2 порядка выше температуры атомов и ионов. При образовании “+” столба, потери заряженных частиц в следствии двуполярной диффузии на стенки уменьшается в результате уменьшается доля энергии разряда расходуемого на стенках. При повышении давления дуга низкого давления переходит в дугу высокого давления, в которой происходит изменение основных процессов в “+” столбе. В области низких давлений элементарные процессы “+” столба качественно подобны процессам тлеющего разряда.

Ступенчатых процессов в области низкого давления нет. По мере увеличения давления увеличивается эффективность ступенчатых процессов, увеличивается частота столкновений. За время жизни атом испытывает дополнительные столкновения => увеличивается интенсивность линий соответствующих переходам м/у возбужденными состояниями. Доля излучения будет увеличиваться в длинноволновой области т.к. время жизни большое увеличивается эффективность неупругих ударов 2 рода => температура электронов начинает в среднем увеличении приближаться к температуре тяжелых частиц.

Распределение потенциала по длине разряда

Плотности токов электронов и ионов(рис)

С ростом давления дуга высокого давления переходит в дугу сверхвысокого давления: “+” столб представляет из себя квази изотермическую плазму, в локальных областях “+” столба температуры электронов и ионов оказываются очень близкими, полностью изотермическую плазму в ограниченном пространстве получить невозможно.

Несамостоятельный д.р.: основным источником является термо электронная эмиссия обеспеченная внешним источником энергии. Режимы работы таких д.р. опред. соотношением тока эмиссии и разрядным током. Если разрядный ток меньше тока эмиссии, то такой режим работы называется свободным, а если наоборот затрудненный дуговой разряд (несвободный).

Распеределение потенциала i_mээ>i_p (т.е. будет регулировать выход электронов) i_mээ ~ i_p

Используя внешние параметры можно создавать самостоятельно дуговые разряды и использовать их в виде источников излучения.