 |
 |
 |
 |
Оценка соотношения потоков излучения спектральных линий добавок и буферного газа может быть проведена, если принять П-образную модель канала разряда и допустить существование ЛТР. Тогда для отношения удельного потока излучения спектральной линии добавки (индекс «д») к удельному потоку излучения спектральной линии буферного газа (индекс «о») согласно гл. 4 и i[15.3] получим
Ф1Д 7aCa(l-%)i?a Рл +(Uo-U)
Из (15.1) следует, что при прочих равных условиях чем ниже потенциал возбуждения соответствующей спектральной линии добавки f/д по сравнению с потенциалом возбуждения рассматриваемой линии буферного газа Uo, тем меньше требуется ее парциальное давление рд для получения требуемого соотношения излучений.
Некоторое представление о необходимом соотношении давлений добавки и буфера можно составить, если в формуле (15.1) положить, что
При расчете конкретных линий значение этого выражения может быть вычислено. Тогда
ipM-e(15.2)
Найдем в качестве примера при этом условии соотношение парциальных давлений добавки натрия к ртути, необходимое для того, чтобы поток излучения желтых линий натрия 589 и 589,6 нм с t/fl=2,l В был в 10 раз больше потока излучения видимого триплета ртути 404,7; 435,8 и 546 нм с Uo = 7,7 В. Допустим, что 7эф=5000 К (см. ниже), тогда
11600 (7j 2,1)1 2,3-10-=.
Рыа/Рне=10ехр
5000
Из этого примера видно, что в рассмотренном случае парциальное давление паров натрия за счет более низкого потенциала возбуждения и снижения температуры должно составлять всего около 2-10 от давления паров ртути. Так, например, при давлении паров ртути 4-10 Па давление паров натрия должно составлять всего около 8 Па (б-Ю- мм рт. ст.).
Аналогичным путем можно оценить необходимое соотношение парциальных давлений при других значениях {Uo-t/д) и
Тэф. На рис. 15.2 построена функция ехр ~{Uj - f/o)
от (f/д-Uo) для трех значений Гэф.
Naxi Hg Hg
1 1 | |||||
DO к | |||||
T=EC | |||||
Рис. 15.2. Относительная концентрация возбужденных атомов Пт/По в зависимости от потенциала возбуждения при различных температурах дуги и наличии ЛТР
8 и„,В
Следует, однако, помнить, что такого рода оценки носят чисто качественный характер, так как в них не учтены поглощение излучения, частичная ионизация атомов добавки и другие факторы (см. § 15.6).
Таким образом, при достаточно низком потенциале возбуждения линий добавки по сравнению с потенциалами возбуждения линий другого наполняющего газа или пара можно создать условия, при которых основную долю возбужденных атомов будут составлять атомы добавки, в то время как атомы другого наполняющего газа или пара, находясь при значительно более высоком давлении, практически не будут возбуждаться и участвовать в излучении.
Из приведенного рассмотрения следует также, что для получения преобладающего излучения линий добавок над излучением наполняющего газа наиболее эффективно использовать резонансное излучение добавок или вообще излучение их линий, соответствующих переходам с наиболее глубоких уровней возбуждения. Условия разряда должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить высокий выход излучения добавок.
Особености разрядов МГЛ и их исследования. Пока для наполнения ламп использовались инертные газы и чистые металлы, химически не взаимодействующие с колбой и электродами, процессы в разряде носили чисто физический характер; если и имели место химические реакции, то они, как правило, являлись вредными и от них старались избавиться. В разрядах МГЛ полож:ение принципиально иное. Введение в лампу ме-таллогалогенов приводит к тому, что непременным условием работы ламп являются физико-химические процессы, связанные с диссоциацией и образованием различных химических соединений в объеме лампы, на внутренних стенках колбы и на электродах, при этом из-за наличия больших градиентов температуры, градиентов концентраций компонентов и электрических полей имеют место многочисленные процессы переноса энергии, массы и зарядов. К этому надо добавить, что подавляющее большинство разрядных ламп работает на переменном
токе так, что все эти процессы меняются периодически во времени. В этих условиях определение локального состава компонентов плазмы и его изменения по времени представляют собой весьма трудную задачу (см. § 15.5).
Следует подчеркнуть, что каждый новый состав наполнения требует самостоятельного рассмотрения, поскольку появляются новые химические реакции и условия в разряде от этого могуг существенно изменяться.
Присутствие в газовой фазе галогенов приводит к захвату электронов и повышает напряжение зажигания. Из-за наличия галогенов в МГЛ не могут работать столь эффективные для ртутных ламп ВД электроды, активированные оксидами щелочноземельных металлов. Оказалось, что в МГЛ хорошо работают электроды из торированного вольфрама. Дальнейшее изучение вопроса показало, что работа электродов в МГЛ является весьма сложной проблемой, требующей специального изучения. Выявились и другие проблемы, которые потребовали специального исследования для создания работоспособных МГЛ (см. гл. 16).
В обобщенном виде можно сказать, что исследование разрядов в МГЛ дополнительно должно включать изучение термохимических свойств композиций, входящих в состав наполнения, так как ими определяются состав паров и парциальные давления компонентов, транспортных реакций и процессов переноса энергии, массы и зарядов. Ниже эти проблемы будут рассмотрены несколько подробнее.
15.2. ВЫБОР ИЗЛУЧАЮЩИХ ДОБАВОК И БУФЕРНОГО ГАЗА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРЯДА
Анализ свойств иодидов различных металлов, а также обследование экспериментальных ламп показали, что поставленным выше требованиям (см. § 15.1) удовлетворяют иодиды свыше 40 элементов. Не подходят галогенные соединения меди, серебра, золота и металлов платинопалладиевой группы, а также некоторых редкоземельных металлов из-за неустойчивости их соединений при рабочих температурах колбы. Галогениды кальция, стронция и бария малоэффективны из-за низкой упругости их паров. Сравнительно низки упругости паров также у гало-генидов редкоземельных металлов (РЗМ), щироко применяемых в настоящее время в МГЛ; Иодиды бора, алюминия, наоборот, имеют высокую упругость пара даже при комнатной температуре, поэтому для зажигания ламп с этими добавками требуется высокое напряжение. Применение галогенидов некоторых элементов требует специальных мер предосторожности из-за высокой токсичности их паров; сюда относят бериллий, мышьяк, селен и некоторые другие.
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