КУРСАЧ

i - сила тока в разряде;

Uл - напряжение на лампе.

На начальном этапе скорость расширения канала разряда не зависит от

где lл – длина разряда.

Критическая объемная плотность выделенной в канале разряда энергия Wкр, при которой расширение канала начинает сдерживаться влиянием диэлектрических стенок, равна:

Для низких концентраций энергии и малых длительностей, при которых dc до конца разряда остаётся значительно меньше, чем di , весь цикл разряда происходит при малой плотности частиц (т.к. при расширении столба значительная часть газа “прижимается” к стенкам трубки, а плотность тяжелых частиц (атомов и ионов) в столбе существенно снижается по сравнению с первоначальной), что в известной мере определяет низкий излучательный уровень (КПД) таких разрядов. Скорость расширения столба:

где: rc - радиус столба,

L - индуктивность разрядного контура,

- коэффициент объемной ионизации газа электронами,

11

- коэффициент поверхностной ионизации.

Однако, при концентрациях энергии, значительно превышающих критическую, определенную из (5), а также при больших длительностях (около 10-3 с) значительная доля газа уходит в холодные заэлектродные области и плотность частиц к концу импульса всегда остается меньшей (для ИЛ с l>10 см обычно в два - три раза ) начальной концентрации n0. Скорость ухода газа в холодные заэлектродные области составляет около 5 · 104 см/с, что соответствует скорости звука. Отсюда можно оценить время установления газодинамического равновесия у, которое должно существенно зависеть от длины разрядного промежутка:

у = l · (1-n(∞)/n0)/2vy, (7)

где: n( ) - плотность тяжелых частиц при t ,

vу - скорость ухода частиц в заэлектродные области.

На протяжении всего периода спада тока концентрация тяжелых частиц практически не изменяется (изменяется число ионов и нейтральных атомов с сохранением их суммы постоянной), что указывает на отсутствие заметных перемещений газа в трубке. После окончания разряда первоначальная плотность восстанавливается за время 100 мс.

Максимальная во времени и в пространстве яркость разряда Lv при больших напряженностях электрического поля (порядка сотен В/см) и давлениях (порядка сотен мм.рт.ст. и более) увеличивается при повышении концентрации ионизованных частиц (повышением напряжения питания или уменьшением индуктивности) лишь до определенного предела. Такое же явление насыщения яркости наблюдается при повышении давления наполняющего лампу газа. Полученное путем изменения какого-либо параметра значения яркости насыщения Lvнас может дополнительно возрастать при изменении других параметров в направлении концентрации мощности в столбе разряда, а затем перестает зависеть от них. Достигнутая при этом максимальная яркость Lvнас = Lvабс характерна для данного газа как предельная тем выше, чем меньше атомная масса газа, но для более тяжелых

12

газов достижение Lvнас= Lvабс наступает при параметрах разрядного контура, соответствующих меньшей концентрации мощности. Насыщение спектральной яркости Lv( ) раньше наступает в длинноволновой области спектра.

2.Излучение трубчатых импульсных ламп

Сточки зрения использования расширяющегося импульсного разряда в качестве импульсного источника света основными характеристиками

являются спектральная яркость Lv( ) и размеры столба l. Величина U0,9, характеризующая достижение состояние близкого к насыщению яркости (90% Lvабс) можно связать с основными параметрами выражением:

L- индуктивность, С- емкость, Р0 - давление газа.

Зависимость предельной яркости (Гкд/м2) от атомной массы для

Характер кривой изменения силы света I(t) импульсного разряда во времени зависит от параметров лампы и разрядного контура. Обычно импульсы силы света I(t) характеризуются тремя параметрами: освечиванием, пиковой силой света Iп, длительностью вспышки .

Варьируя форму и длительность импульса выделяющейся в ИЛ электрической мощности, можно в широких пределах изменять параметры импульсов излучения. При наиболее распространенной схеме питания от конденсатора и при индуктивностях разрядного контура до 10 мкГ, кривая I(t) имеет общую для всех условий характерную форму. Характерная форма импульса излучения хорошо аппроксимируется выражением:

13

где:

Iп - пиковая сила света,

tп - время длительности пикового значения,

G - параметр функции равный 0,14-1,2 при малой и 3 при большой индуктивности разрядного контура.

Сравнение излучения при равных электрических энергиях разряда W удобно проводить, пользуясь световой отдачей ИЛ:

= Q/W, (11)

где: Q - световая энергия вспышки

Спектральный состав излучения ИЛ представляет собой сплошной фон с наложенным на него линейчатым спектром. Линейчатая составляющая спектра определяется излучением возбужденных атомов и ионов газа. Сплошной фон образован частично уширением линий, но в основном определяется объемной рекомбинацией и свободно-свободными переходами.

Техническое описание

Установка состоит из следующих основных узлов: импульсная лампа типа ИФП-800, малогабаритный монохроматор МУМ, зарядное устройство и разрядный контур, генератор поджигающих импульсов, блок питания ФЭУ, фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ-79 (см. рис. 1).

Принцип действия установки. Зарядное устройство позволяет подать на импульсную лампу напряжение в диапазоне 300 - 2000 В. Разрядный контур состоит (см. рис. 3) из емкостного накопителя энергии и активных балластных нагрузок, позволяющих изменять характер разрядного тока.

14

Рисунок 2. Блок-схема установки

Генератор поджигающих импульсов обеспечивает поджиг импульсного разряда и одновременно выдает синхроимпульс на запуск развертки осциллографа С8-12. Блок питания ФЭУ обеспечивает рабочее напряжение на динодах умножителя. Таким образом, из светового потока импульсного разряда монохроматор МУМ выделяет монохроматичный пучок света, который преобразуется ФЭУ в электрический ток в цепи анодной нагрузки, падение напряжения на которой подается на вход осциллографа С8-12 и регистрируется в виде зависимости интенсивности светового потока от времени. Синхроимпульс от генератора поджигающих импульсов запускает развертку осциллографа одновременно с началом вспышки импульсного разряда. Изменяя длину волны пропускания монохроматора, регистрируют спектральный состав излучения, а меняя тип балласта изменяют временные параметры разряда и величину разрядного тока в ИЛ.

Принципиальная электрическая схема блока питания ИЛ

Блок питания ИЛ (БП) (см. рис. 2) состоит из двух частей: блока высокого напряжения и генератора поджигающих импульсов. Блок высокого напряжения включает в себя лабораторный автотрансформатор (АТ),

15

повышающий трансформатор VT1, мостовой выпрямитель УД1-УД4, ограничитель зарядного тока R1, емкостной накопитель С1, индикатор высокого напряжения RS1, RS2, SA2 и PA1, набор балластных нагрузок L1, L2, R2, R3, коммутатор SA1 и импульсная лампа ИФП-800.

Генератор поджигающих импульсов состоит из развязывающего трансформатора VT2, мостового выпрямителя VD5-VD8, ограничителя тока R4, емкостного накопителя С2, индикатора напряжения RS3 и РА2, делителя напряжения R5 и R6, тринистора VS1 и импульсного трансформатора ТУ3. Блок высокого напряжения работает следующим образом. ЛАТР АТ позволяет в широких пределах изменять напряжение на вторичной обмотке повышающего трансформатора VT1. Повышенное напряжение подается на выпрямитель VD1-VD4. Выпрямленное высокое напряжение через ограничитель тока R1 подается на зарядку конденсатора С1. Измерительные шунты RS1 и RS2 подобраны по номиналам так, что микроамперметр РА1 показывает напряжение на конденсаторе С1. Тумблер SA1 позволяет закорачивать шунт RS2, что увеличивает чувствительность индикатора в два раза. Коммутатором SA1 подключается одна из балластных нагрузок последовательно с лампой, что изменяет параметры разрядной цепи. После зарядки конденсатора С1 схема находится в ждущем режиме до срабатывания генератора поджигающих импульсов. При подаче поджигающего импульса на лампу происходит пробой газоразрядного промежутка и конденсатор С1 разряжается через подключенную балластную нагрузку и лампу.

16

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема установки

Генератор поджигающих импульсов работает следующим образом.

Рисунок 4. Пульт управления

1- Индикатор высокого напряжения;

2- Индикатор напряжения поджига;

3- Переключатель чувствительности;

4- Переключатель типа балласта;

17

5- Регулировка высокого напряжения;

6- Разъем синхроимпульса;

7- Индикаторная лампа; 8- Включение высокого индикатора высокого напряжения; напряжения; 9- Индикаторная лампа;

10Включение питания ФЭУ;

11Поджиг импульсной лампы.

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора VT2 поступает на выпрямляющий мост VD5-VD8 и через ограничитель тока R4 заряжает конденсатор С2. Индикатор РА2 показывает напряжение на конденсаторе С2. На управляющий электрод тринистора VS1 при разомкнутом контакте кнопочного выключателя SB1 подан запирающий потенциал, поэтому тринистор закрыт и ток через него не протекает. При замыкании контакта SB1 на управляющем электроде тринистора появляется положительный отпирающий потенциал.

Тринистор открывается, конденсатор С2 разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора TV3. С вторичной обмотки TV3 импульс высокого напряжения (20-25 кВ) подается на поджигающий электрод ИЛ. Этого напряжения достаточно для первичной ионизации и пробоя разрядного промежутка ИФП-800 после чего развивается импульсный разряд, который сопровождается вспышкой излучения и характерным звуковым эффектом. Выделенное монохроматором МУМ излучение поступает на фотокатод ФЭУ-79, сигнал с анодной нагрузки которого поступает на усилитель осциллографа С8-12. Одновременно с запуском тринистора синхроимпульс с контакта SB1 подается на вход генератора развертки осциллографа С8-12, который производит развертку электронного луча и воспроизводит на экране зависимость интенсивности излучения на выделенной длине волны от времени.

Принципиальная электрическая схема питания ФЭУ-79

Электрическая схема питания ФЭУ-79 представлена на рис. 4. Высокое

18

напряжение с вторичной обмотки трансформатора TV1 выпрямляется мостом VD1-VD4, сглаживается конденсатором С1 и распределяется делителем напряжения R1-R13 по динодам ФЭУ-79. Конденсаторы С2-С4 служат для подпитки трех последних динодов, т. е. поддерживают потенциал динодов при регистрации мощных импульсных световых сигналов. С нагрузочного сопротивления R14 и конденсатора С5 сигнал подается на вход осциллографа С8-12.

Рисунок 5. Принципиальная электрическая схема питания ФЭУ

Общий порядок работы на установке

Перед началом работы необходимо:

Установить ручку управления латра в крайнее левое положение, что обеспечивает снятие напряжения на первичной обмотке высоковольтного трансформатора;

Сетевые переключатели 8 и 10 (рис. 4) должны быть в положении “Выкл.”

Переключатель 3 (рис. 4) в положении “1”;

Подключить разъем ХВ2 сигнального кабеля ФЭУ-79 к гнезду “Вход” осциллографа;

Подключить разъем ХВ1 (рис. 2) к гнезду “Вход синхр.” Блока развертки осциллографа;

На этом подготовка установки к работе завершена. Выполнение

19

измерений:

Подключить установку и осциллограф к сети с помощью соединительных шнуров;

Перевести переключатель 8 (рис. 4) в положение “Вкл.”, при этом должна загореться индикаторная лампа 7 (рис. 3);

Перевести переключатель 10 (рис.4) в положение “Вкл.”, при этом должна загореться индикаторная лампа 9 (рис. 4);

Установить на лимбе монохроматора МУМ требуемую длину волны (регулировка интенсивности излучения, падающего на ФЭУ-79, осуществляется набором щелей);

Согласно требованиям заданий 1-3 установить необходимые параметры разрядного контура (тумблером 4 рис. 4 произвести подключение требуемый тип нагрузки);

Поворотом вправо ручки 5 управления латра выставить нужное высокое напряжение на емкостном накопителе, которое контролируется стрелочным прибором 1 рис. 4 (максимально допустимое напряжение 2000 В);

Подготовить осциллограф для записи сигнала, для чего нажать кнопку “Готов” на блоке развертки и установить требуемую чувствительность переключателями диапазонов усилителя осциллографа;

Кнопочным выключателем 11 рис.4 осуществить поджиг разряда.

20