Баланс энергии в разряде низкого давления

Обобщенная картина баланса энергии в столбе разряда НД была получена Б. Н. Клярфельдом. Излучаемая мощность разделена на мощность лучения резонансных Ф_{е рез} и нерезонансных Ф_{е нерез} линий. Такое деление оправдано тем, что соответствующие излучения имеют резко различные

зависимости от давления и силы тока. Потери мощности в разряда разделе­ны на тепловые потери в объеме таза Р₁ и тепловые потери на стенках трубки Р_2. Потери энергии излучения за счет поглощения в материале колбы не рассматриваются.

Для единицы длины столба баланс энергии может быть представлен следующим образом:

k_л1EI_л= Ф_{е1 рез}+ Ф_{е1 нерез} + Р₁ + Р₂

где Е - градиент потенциала в столбе, характеризующий напряженно® электрического поля в разряде. На рис.1.1 схематически изображен баланс энергии столба разряда в атомарных газах в зависимости от давления газа (пара), из которого следует, что для генерации соответствующего излучения существуют определенные благоприятный области давлений и токов.

1. Наибольший выход резонансного излучения имеет место в области малых плотностей тока и низких давлений. Такие условия являются наиболее эффективными для ЛЛ.

2. Наибольший выход нерезонансного излучения имеет место при больших плотностях тока и высоких давлениях (велика роль вторичных процессов)

3. При больших плотностях тока существует область НД, в которой выход нерезонансных линий сравнительно велик.

Результаты всех этих измерений баланса энергии хорошо описы­ваются качественными диаграммами Клярфельда (рис.1.1)

Рис.1.1. Относительный вклад различных механизмов потерь мощности положительного столба в зависимости от давления газа.

На этих диаграммах по оси абсцисс отложена величина давления газа в положительном столбе (при данном токе), по оси ординат — относительные величины всех видов потерь мощности ПС: потери на стенке (η_ω) потери на нагрев газа (η_g) потери на выход резонансного (η_r1) и нерезонансного (η_r2) излучения. Сумма всех этих величин равна единице.

Образовавшиеся атомы находятся в возбужденном (неравновесном)

состоянии. Поэтому они излучают свет, диффундируя за пределы зоны разряда, охлаждаются и взаимодействуют с образованием исходных молекул, которые вступают в новый цикл превращений. На рис. 4 изображена часть спектра излучения металлгалоидной лампы с добавкой йодида свинца. Видно, что такие лампы характеризуются большей световой отдачей в области 360—400 нм, то есть в зоне поглощения ФПМ.

Ртутные лампы среднего давления изготавливаются в диапазоне мощности от 1 до 31 кВт и длиной до 2,8 м.

Область применения дугового разряда

Дуговой разряд широко применяется в дуговых печах для выплавки металлов, в газоразрядных источниках света, при электросварке, служит источником плазмы в плазматронах. Различные формы дугового разряда возникают в газонаполненных и вакуумных преобразователях электрического тока (ртутных выпрямителях тока, газовых и вакуумных выключателях электрических и т.п.). Дуговой разряд с искусственным подогревом катода используется в люминесцентных лампах, газотронах, тиратронах, ионных источниках и источниках электронных пучков.