Запорожец  Издания 

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

без излучения, каждый акт поглощения фотона сопровождается актом испускания. В этих условиях перенос излучения не меняет величины потока излучения, выходящего из лампы, а влияет только на его распределение в пространстве.

Расчет формы спектральных линий, выходящих из разряда, при наличии реабсорбции достаточно сложен и должен решаться по методу, рассмотренному в гл. 2, для конкретных условий разряда и спектральных линий.

Влияние переизлучения на пространственное распределение излучения [0.9]. Воспользуемся методом расчета явлений переноса, описанным в гл. 2. Рассмотрим излучение спектральной линии, соответствующей переходу k-j, даваемое стационарным разрядом в цилиндрической трубке с внутренним диаметром do (рис. 3.3). Примем для упрощения задачи

fki ik-l) = exp [-kj„ (Ф-I) ]; Zki{r) = const.

в действительности fkf является значительно более медленно убывающей функцией (см. § 2.6), а Zkj обычно спадает к краям трубки. Однако более точное решение с учетом этих обстоятельств, представляющее большие математические трудности, не изменяет принципиального результата.

При сделанных упрощающих предположениях энергетическая яркость линии k-j в направлении ф:

Рассмотрим зависимость энергетической яркости от угла <р для двух предельных случаев.

Разряд прозрачен для собственного излучения {kjkO). Разлагая экспоненту в ряд и беря первые два члена, находим

Возрастание яркости с ростом угла ф объясняется ростом толщины излучающего слоя.

Разряд непрозрачен для собственного излучения. В этом случае ехр[-/б/ф] <1,

Л.)- (3.13)

Яркость не зависит от угла ф. Оба эти случая изображены на рис. 3.4. Таким образом, характер распределения излучения в пространстве, дает представление о величине коэффициента поглощения.

1 1+J+...

cosy

Sd,. (3.12) 4эт cos <f "



Роль вторичных процессов. С ростом концентрации возбужденных атомов начинают играть роль вторичные процессы. Среди них наиболее важными для разрядов НД являются тушащие соударения, ступенчатое возбуждение и ступенчатая ионизация.

При наличии вторичных процессов поток излучения отдельных спектральных линий уже зависит от концентрации возбужденных атомов и их распределения в объеме. В этом случае для его определения предварительно должна быть решена задача о распределении возбужденных атомов и электронов по сечению разряда. Количественное решение этой задачи для возбуждения метаста.бильных и излучающих атомов в столбе разряда НД впервые было дано В. А. Фабрикантом в 1938 г. [3.1]. В дальнейшем более строгое рассмотрение вопроса для излучающих атомов было выполнено Л. М. Биберманом [0.5]. В этих работах излучение рассчитывалось как функция электрокинетических характеристик разряда Те, и По, которые брались из эксперимента. Эти вопросы рассмотрены в следующих параграфах.

Поток резонансного излучения при наличии переизлучения и тушения. Переизлучение усиливает процессы тушения, поскольку увеличивает эффективную продолжительность жизни возбужденных атомов. Определим в этом случае поток излучения на примере двухуровневой схемы. Примем, что образование возбужденных атомов происходит непосредственно из нормального состояния в результате ударов I рода с электронами и поглощения фотонов, «прилетающих» в рассматриваемый объем из окружающей массы газа, а их разрушение происходит в результате спонтанного излучения и ударов II рода с электронами. Остальными процессами образования и разрушения возбужденных атомов пренебрежем (рис. 3.5). Из энергетических соображений следует, что в стационарном состоянии поток излучения спектральной линии /-О, выходящий из разряда, будет в нашем случае равен разности между мощностью, передаваемой электронами атомам газа при ударах I рода W{1), и мощностью, возвращаемой возбужденными атомами электронам при ударах II рода IF(II):

J Ф(Vlo) = W(I)-W(II). (3.14)

Отсюда удельный поток излучения для столба разряда в цилиндрической трубке с /стЗ>тр равен:

i(Vio)=JVio j («010 -Pio«i)/Ze2Trrdr. (3.15)

Из уравнений (3.14) и (3.15) видно, что тушение вызывает уменьшение потока излучения линии, тем большее, чем больше концентрация возбужденных атомов щ.




Рис. 3.5


Рис. 3.4

Рис. 3.6

Рис. 3.4. Распределение силы излучения в плоскости, проходящей через ось

разрядной трубки:

1 - разряд прозрачен для собственного излучения; 2 - разряд непрозрачен для собственного излучения;----теоретическая кривая; .--- с учетом экранирования и

полного внутреннего отражения

Рис. 3.5. Двухуровневая схема образования и разрушения возбужденных

атомов:

сплошные стрелки - удары I н II рода; волнистые - излучение и поглощение фотонов

Рис. 3.6. Схема процессов возбуждения атомов и излучения видимого триплета ртути с учетом ступенчатого возбуждения

Значение первого члена было рассмотрено выше. Для определения второго члена необходимо найти вероятность тушащих соударений Рю и распределение возбужденных атомов tii в объеме в зависимости от условий разряда.

Уравнению (3.15) удобно придать более универсальный вид, введя новую переменную у, характеризующую близость данного процесса к равновесию между ударами I и II рода и равную отношению числа ударов II рода к числу ударов I рода в соответствующем месте разряда:

Ую () = «1 () Р1о/Ло W «01- (3.16)



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