Глава 3. Характеристики излучения импульсного разряда

Световые характеристики

Излучение импульсного разряда можно охарактеризовать:

а) силой света (или в энергетических единицах мощностью, излучаемой всем светящимся объемом в единицу телесного угла) в различные моменты времени и ее интервалом по времени (так называемым освечиванием);

б) яркостью (световой или энергетической) различных участков светящегося объема (также в различные моменты времени) и ее интегралом по времени;

в) оптической глубиной излучаемого слоя или поглощением собственного излучения плазмой разряда;

г) спектральным распределением

Все эти характеристики весьма сильно отличаются для двух наиболее распространенных видов импульсных разрядов, применяемых в так называемых трубчатых и шаровых импульсных лампах: с ограниченным каналом (со сравнительно большой длительностью и низкой концентрацией мощности в объеме) и с неограниченным каналом (с малой длительностью и высокой объемной концентрацией мощности).

Связь между световыми характеристиками.

Для трубчатых импульсных ламп с большими длительностями вспышек время нарастания сила света обычно имеет ничтожную величину по сравнению с .В отличие от этого для шаровых ламп с короткими вспышками картину изменения силы света со временем следует характеризовать не только освечиванием, длительностью вспышки и амплитудой силы света, но также скоростью нарастания силы света .Короткие вспышки обычно имеют место при небольших емкостях питающего конденсатора и расстояниях между электродами искрового промежутка (малых сопротивлениях канала разряда).Вследствие этого соответствующие разряды чаще всего бывают колебательными. Декремент затухания и период колебаний зависят от индуктивности и внешнего сопротивления разрядного контура, а быстрота затухания и глубина пульсации сила света –еще и от связи между световой отдачей и мощностью, а также от времени высвечивании газа Картину изменения силы света J(t) импульсного разряда со временем удобно характеризовать тремя параметрами: амплитудным значениям силы света Jа: длительность вспышки (временем, в течение которого сила света находится на уровне, превышающем 0,35 Jа) и освечиванием . Осциллографическая регистрация изменения силы света на протяжении вспышки различных импульсных ламп при различных параметрах питания показала, что соответствующий график при индуктивностях разрядного контура до ~ 10 мкгн имеет общую для всех условий характерную форму (рис.1)

Подбирая в зависимости от условий необходимые масштабы по осям абсцисс и ординат, можно добиться практического наложения всех графиков один на другой (с точностью до небольших изменений крутизны переднего фронта и нарушений плавного хода кривой из-за колебаний плотности газа при расширении канала. В связи с этим отношение К освечивания вспышки к произведению амплитуды силы света Jа на длительность вспышки за всю вспышку для самых разных условий имеют практически одинаковые величины : К=0,86 0,04; М=0,81 0,04.

Таким образом, ход силы света со временем можно охарактеризовать только двумя из этих параметров, например освечиванием и длительностью вспышки. В целях удобства сравнения вспышек при разных рассеянных в разряде энергиях можно также вместо освечивания пользоваться световой отдачей разряда или к.п.д. разряда как источника излучения .

Эти величины связаны с освечиванием соотношениями:

(1) (2) (3)

Здесь -отношение световой энергии к освечиванию в данном направлении, близкое к 4п;

(t) –спектральная интенсивность лучистого потока в момент времени t; -спектральный коэффициент относительной видности; С - емкость питающего конденсатора; U-начальное напряжением пренебрегаем). Ввиду того, что спектральное распределение излучения трубчатых импульсных ламп слабо зависит от их конструктивных данных и параметров питания, вместо (2 и 3) можно приближенно написать .

Яркость В канала разряда весьма просто связывается с мгновенной силой света J в тех случаях, когда разрядная трубка имеет прямолинейную форму и канал заполняет практически все внутренне сечение трубки, т.е. при больших емкостях питающего конденсатора и больших длительностях вспышки. Так, например, можно принимать:

Зависимость к.п.д. ламп от различных параметров.

При использовании значений коэффициентов В и можно рассчитать зависимости от внутреннего радиуса разрядной трубки при больших r и E .Эксперимент показывает замедление роста с Е или r. Это может быть связано, во-первых, с тем, что приближенный расчет не учитывал поглощение собственного излучения плазмы. Во-вторых, увеличение радиуса трубки может привести к не заполнению каналом разряда внутреннего сечения трубки, при котором расчет теряет силу. При наибольших значениях емкостей к.п.д. для значений rE >10-15 cм*в/см практически перестает возрастать при дальнейшем увеличение r или Е. Достигаемые при этом значения к.п.д. несколько возрастают с увеличением второго параметра.

Прекращение роста к.п.д. из-за поглощения плазмой собственного излучения и снижением к.п.д. из-за не заполнения каналом разряда сечения трубки можно объяснить своеобразный ход зависимостей к.п.д. от радиуса трубки при одинаковой энергии вспышки и разных напряжениях питания и емкостях питающего конденсатора.

Спектральные характеристики

Качественная картина спектров полного излучения импульсного разряда на протяжение всей вспышки представлена в работах Лапорта. Она характеризуется наложением линий и сплошного фона. Последний объясняется значительным уширением некоторых линий из-за взаимодействия атомов в разряде, а также рекомбинацией и переходами «континиум-континиум». Пример зависимости интенсивности спектра импульсного разряда в ксеноне представлен на рис.1

Соотношение между интенсивностями линий и фона зависит от концентрации энергии в разряде рода и давления газа ( фон усиливается при увеличении мощности разряда и уменьшении диаметра трубки и при увеличении атомного номера инертного газа и его давления).Фон играет более заметную роль в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, в то время в инфракрасной части он выражен значительно слабее.