 |
 |
 |
 |
объемного излучателя. Спектральная интенсивность энергетической яркости в направлении х для излучающего объема V (см. рис. 2.16) равна:
I 1-х
v(0 = -Jev(A:) expf- j Kd!
dx. (6.45)
Из формулы (6.45) следует, что для увеличения Lv необходимо увеличивать 0v и толщину излучающего слоя в направлении наблюдения. Однако увеличивать толщину излучающего
слоя целесообразно до тех пор, пока ехр ky/d не станет
малой. Дальнейшее увеличение толщины излучающего слоя из-за поглощения излучения уже не будет приводить к увеличению Lv- Если предположить, что 9v и fev не зависят от координат, то из формулы (6.45) легко найти предельную энергетическую яркость:
Uitmx 6v/v (6.46)
Иначе обстоит дело в оптических квантовых генераторах (см. § 2.5). В них ky, отрицательно, и поэтому, как видно из (6.45), с увеличением толщины оптического слоя Lv непрерывно увеличивается и может стать исключительно большим, даже при весьма малых значениях 9v.
В условиях термического разряда повышение 9v может быть достигнуто путем увеличения концентрации атомов за счет увеличения плотности газа или пара и повышения температуры плазмы, при этом одновременно с изменением 6v будет изменяться и kyi- Поэтому предельное значение будет определяться характером изменения Sv и fev в зависимости от температуры и плотности и их распределения в разряде вдоль линии наблюдения. Рассмотрение выражения (6.45) показывает, что если fev растет с ростом температуры, то для повышения Ly, необходимо стремиться также к созданию на внешней границе канала разряда максимально больших градиентов температуры, поскольку при этом будут облегчаться условия выхода излучения, и разряд будет приближаться к идеальному поверхностному излучателю.
Законы изменения Bv и ky, от частоты весьма различны для различных спектральных линий и непрерывного фона, и поэтому выражение для Lv должно рассматриваться отдельно для различных спектральных линий и непрерывного фона. Расчет предельных Lv в условиях разряда высокой интенсивности осложняется тем, что спектральные линии имеют весьма сложную форму, которая, кроме того, зависит от координат рассматри-
ваемой точки в разряде. Качественное рассмотрение вопроса приводит к выводам, изложенным выше.
К вопросам получения высоких яркостей мы еще вернемся в гл. 14-19.
Замечания о работе материалов в лампах с высокими плотностями энергии. с увеличением концентрации мощности растет температура разряда и плотность теплового потока. В этих условиях к материалам колб и электродов предъявляются исключительно высокие требования и во многих случаях именно свойства материалов ставят предел возможностям ламп.
Глава седьма я КОЛБЫ И ИХ НАПОЛНЕНИЕ. ВВОДЫ
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОЛБАХ РАЗРЯДНЫХ ЛАМП И ИХ НАПОЛНЕНИИ
Назначение колб. Колбы представляют собой герметически замкнутые оболочки той или иной формы, прозрачные для оптического излучения. Их основное назначение - изолировать среду, в которой происходит разряд, от атмосферного воздуха. Наряду с этим колбы выполняют и другие функции. Они являются конструктивным остовом ламп, определяющим положения электродов, вводов и соединительных элементов. Во многих типах ламп стенки колбы ограничивают разряд, и, таким образом, форма и размеры колбы определяют форму и размеры разряда и его электрические и оптические свойства. В лампах с разрядом в парах металлов и веществ тепловой режим колбы определяет давление паров, а следовательно, оказывает решающее влияние на электрические и оптические свойства разряда. В люминесцентных лампах на внутренние стенки колбы наносится слой люминофора. В некоторых типах ламп колба выполняет роль оптической системы, перераспределяющей поток излучения в пространстве. Для этого колбе придают необходимую форму и покрывают ее поверхность отражающим или рассеивающим слоем. В ряде случаев колба выполняет также роль фильтра.
В некоторых типах ламп колба, в которой происходит разряд (горелка), заключена в одну или несколько внешних колб. Последние чаще всего предназначены для обеспечения требуемого теплового режима горелки, но одновременно с этим могут выполнять и другие функции, перечисленные выше.
Рабочие вещества и их давление. Выбор рабочих веществ,, т. е. веществ, в которых происходит разряд, определяется, с од-
ной стороны, требованиями к спектру излучения, а с другой - возможностью использования соответствующего элемента или его соединения в разрядной лампе. Что касается спектров излучения, то существует большое число элементов, излучение которых представляет значительный интерес для создания эффективных источников излучения различного назначения. При использовании в разрядных лампах закрытого типа рабочие вещества должны удовлетворять, по крайней мере, двум требованиям: упругость паров элемента или вещества при допустимой рабочей температуре колбы должна быть достаточной для получения требуемого излучения с приемлемым КПД и элементы или вещества при рабочей температуре лампы не должны разрушать материал колбы и электродов.
Этим требованиям полностью удовлетворяют инертные газы, в определенной мере азот, водород, которые и находят применение в разрядных источниках излучения. Из металлов наиболее широкое применение нашла ртуть. Это объясняется тем, что из всех металлов она обладает наиболее высокой упругостью паров, дает богатый линейчатый спектр излучения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра и химически не активна по отношению к материалу колб и электродов. К недостаткам ртути относится токсичность ее паров.
Среди других металлов, обладающих сравнительно высокой упругостью паров, после ртути следуют цезий, рубидий, кад-. мий, калий, натрий, цинк, т. е. металлы I и И групп таблицы Менделеева. Интересны по своим спектральным и другим характеристикам разряды высокого давления в парах натрия, цезия и некоторых других металлов (см. гл. 18). В табл. 7.1 приведены температуры, при которых упругости паров некоторых металлов имеют значения 1,3 и 1,3-10* Па (10- и 10 мм рт.ст.). Первая точка близка к оптимальному выходу резонансного излучения в области низкого давления, вторая примерно соответствует началу области разрядов высокого давления.
Из табл. 7.1 видно, что для получения давления паров (кроме Hg) около 1,3 Па (10-2 мм рт. ст.) нужны температуры 155-630 °С, а для получения давления 1,3-10* Па (10 мм рт. ст.) -температуры 500 °С и выше. Этим определяются требования к тепловому режиму материала колбы.
До 60-х годов большое число элементов не могло быть использовано для наполнения разрядных ламп либо из-за недостаточной упругости паров при допустимых рабочих температурах колбы (кварцевое стекло до 900-950 °С), либо из-за разрушающего воздействия на материал колбы или электродов.
Начало 60-х годов ознаменовалось большими успехами в преодолении этих трудностей. Во-первых, был открыт новый метод введения многих элементов в разряд (см. гл. 15). Во-вто-рых, был разработан новый материал для колб из оксида алю-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [ 75 ] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239