Газоразрядный источник света

 

ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА, содержащий герметичную камеру с разрядной полостью, образованной анодом и двумя катодами, заполненную рабочим газом до определенного давления, при котором вйзникаёт эффект полого катода , о т л и ч a ю щ и и с я тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрат при работе в интервале давлений рабочего газа, анод и катоды вьтолнены каждый в виде протяженной в одном направлении пластины, каждая кз катодных пластин составляет с анодной угол более 90°, но менее 150, отстоит от нее на расстоянии , обеспечиваюш,ем отсутствие разряда с эффектом полого катода, a ширина анодной пластины не превьшает половины и не меньше 1/5 ширины каждой КЗ катодных пластин.

СОКИ СООЕТСНИХ

00UNhl»

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1120428

y Н 01 J 61/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОИМ СВИД ТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3560346/24-07 (22) 08. 12. 82 (46) 23. 10. 84. Вюл. Ф 39 (72) Н.В. Волков, Т.В. Волгова и С.А.Сорокина (71) Куйбышевский инженерно-строительный институт им. А.И.Микояна (53) 621.327(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР У 562017, кл. Н 01 J 61/00, 1977.

2. Патент США Ф 3855491,кл.313-193, 1974. 3. Патент Великобритании В 1394995, кл. Н 1 D 1975, 4. Энгель A.È. Иониэованные газы. И., Физматгиз, 1959, с. 246. (54)(57) ГАЗОРАЗРЯДНЦЙ ИСТОЧНИК СВЕТА, содержащий герметичную камеру с pasрядной полостью, образованнои анодом и двумя катодами, заполненную рабочим газом до определенного давления, при котором возникает эффект полого катода, о т л и ч а ю щ и Й е я тем, что, с целью снижения эксплуатационных затрат при работе в интервале давлений рабочего газа, анод и катоды выполнены каждый в виде протяженной в одном направлении пластины, каждая из катодных пластин составляет с анодной угол более 90, но менее 150, отстоит от нее на расстоянии, обеспечивающем отсутствие разряда с эффектом полого катода, а ширина анодной пластины не превышает по- Pg ловины и не меньше 1/5 ширины каждой из катодных пластин.

1120428

Изобретение относится к гаэораз" рядным устройствам с полым катодом п может быть использовано в светотех- нике в качестве источника света, в плазмохимии для обработки поверхностей, в микроэлектронике для нанесения тонких покрытий и в научных исследованиях для определения физических констант низкотемпературной плазмы. I0

Известны газоразрядные устройства с полым катодом, выполненным в форме полого цилиндра с одним открытым торцом. Анодом является плоский диск, расположенный против открытой полости 15 или тонкий стержень, размещенный вдоль оси полого цилиндрического катода (1 - f3 ).

Однако в таком полом катоде разряд с эффектом полого катода может существовать только при одном определенном рабочем газе только при одном давлении.

Наиболее близким к предлагаемому является газоразрядный источник све- 25 та, содержащий герметичную камеру с разрядной полостью, образованной анодом и двумя катодами, заполненную рабочим газом до определенного давления, при котором возникает эффект полого катода 4 ).

Однако в известном источнике света эффект полого катода образуется строго только при одном давлении рабочего газа Рр . При давлениях,, несколько больших . Рр (P >Pp ) или немного

35 меньших Рр(Р< Рр), эффект полого катода не создается, хотя в ряде практических случаев необходимо иметь эффект полого катода при разных давлениях или в определенном интервале давлений рабочего газа с постоянной геометрией полого катода, что усложняет эксплуатацию источника света.

Цель изобретения - снижение эксплу45 атационных затрат при работе в интервале давлений рабочего газа.

Поставленная цель достигается тем, что в газоразрядном источнике света, содержащем герметичную камеру с разрядной полостью, образованной анодом и двумя катодами, заполненную рабочим газом до определенного давления, при котором возникает эффект полого катода, анод и катоды выполнены каж- 55 дый в виде протяженной в одном нап" равлении пластины, каждая из катод" ных пластин составляет с анодной.

2 угол более 90, но менее 150, отстоит от нее на расстоянии, обеспечива- . ющем отсутствие разряда с эффектом полого катода, а ширина анодной пластины не превышает половины и не меньше 1/5 ширины каждой из катодных пластин.

На чертеже представлено газоразрядное устройство с полым катодом, поперечный разрез.

В цилиндрической прозрачной камере 1 разрядная полость образована анодной пластиной 2 и двумя катодными пластинами 3, расположенными под углом более 90Р относительно анодной пластины 2. При этом края анодной пластины 2 отстоят на предельном расстоянии от соответствующих краев катодных пластин 3. Под предельным расстоянием понимается такое, при котором между анодом 2 и катодом 3 не возникает разряд, так как это расстояние при давлении, соответствующем разряду с эффектом полого катода, мало. При таком расстоянии разряд затруднен. В целом две катодные 3 и одна анодная 2 протяженные пластины обраэуют одну протяженную катодную

° полость 4 трапецевидного сечения, глубина которой превьппает ее среднюю ширину. Катодные и анодные пластины имеют по одному выводу (не показан) из вакуумной камеры для включения разрядного промежутка в электрическую цепь.

В предлагаемом устройстве при yrле наклона катодных пластин .относительно анодной менее 90 разрядные процессы затруднены в полом катоде.

Кроме того, в направлении, перпендикулярном к анодной пластине, выход излучения плазмы полого катода огра-. ничен самими катодными пластинами.

Следовательно, при угле наклона катодных пластин относительно анодной

90 и менее эффективность разряда с полым катодом падает.

При большом развиле катодных плас тин (при угле более 150 ) не происходит эффективного слияния отрица-. тельных свечений.При угле t 50 между катодной и анодной пластинами разряд с эффектом полого катода наблюдается только в гелии, а в аргоне и неоне этот предельный угол еще меньше (138 и 143 соответственно) . Уменьшением давления не удается удержать эффект полого катода при угле развала более 150Р, так как значительная

"5 ным пространством. з 1120 часть слившихся отрицательных свечей располагается вне катодной полости.

В этом случае концентрация электронов мала и их осцилляция слабая. Вследствие этого нет усиления разрядного тока и эффект полого катода не возникает.

Таким образом, указанный интервал угла наклона > 90 и <150 катодных пластин относительно анодной является 10 оптимальным для устройства с полым катодом, работающим не при одном, а в интервале давлений.

Размер ширины анодной пластины обусловлен следующими соображениями.

Ширина анодной пластины не должна быть больше половины ширины катодной .пластины, поскольку не создается достаточная глубина катодной полости, необходимой для возникновения эффек- 2б та полого катода. Ширине анодной пластины более половины катодной приводит к большой диффузии зарядоносителей из мелкой катодной полости.

Создание глубокой катодной полости р5 при малой ширине анодной полости (менее 1/5 катодной) создает хорошие условия для развития эффекта полого катода. Но при малой ширине анодной полости уменьшается интервал давления газа, при котором в предлагаемом устройстве остается разряд с эффектом полого катода. Кроме того, с узкой анодной пластиной уменьшается поверхность плазмы полого катода,с которой

35 происходит излучение светового потока.

Минимальная ширина анодной пласти ны составляет 20Х от ширины катодной пластины и создает еще достаточную поверхность плазмы полого катода для излучения.

Опытный образец предлагаемого устройства, в котором проводились экспериментальные исследования, представляет собой цилиндрическую камеру из

45 молибденового стекла диаметром

8,4 ° 10 м и длиной 0,41 м. Анодная пластина 2 шириной 15 10 м имеет длину 0,16 м. Катодные пластины 3 шириной 0,06 м имеют ту же длину

59 (О, 16 м). Их наклон относительно о анодной пластины составляет 122 . Все пластины выполнены из.молибдена толщиной в 1 ° 10 м.

После проведения вакуумной и тер- 55 мической обработки газоразрядное устройство заполняется неоном до 2,1 торр.

При включении электрического напряже428 ния в разрядном устройстве устанавливается разряд с эффектом полого катода при разрядном токе 3--11,5 ° 10 А и напряжении горения 280 В. При данном разряде через торцовое окно разрядной камеры хорошо просматривается отрицательное свечение полого катода, которое локализовано на одной четверти высоты катодных пластин 3 от анода. Плазма отрицательного свечения имеет форму слоя с ровными краями

I вдоль пластин 3 и с утолщением со стороны открытой части катодной полости. Наиболее резкую границу плазма полого катода имеет вдоль катодных пластин, от которых она отделена темС уменьшением давления неона до

1,6 торр разряд продолжает гореть с эффектом полого катода, но уже при более высоком напряжении горения °

При установлении разрядного тока до прежнего значения (3=11,5 10 А) напряжение горения составляет 315 В.

Отрицательное свечение локализуется дальше от анодной пластины, а объем его увеличивается.

При следующем уменьшении давления неона до 0,8 торр разряд продолжает сохранять эффект полого катода с увеличенным напряжением горения до

236 В. Орнцательное свечение смещается еще дальше от анодной пластины.

В целом интервал давления неона, в котором разряд работает с эффектом полого катода 0,6-2,9 торр, для аргона 0,08-1,7 торр, а гелии 3,4—

10,6 торр.

С увеличением угла наклона катодных пластин разряд с эффектом полого катода создается в интервале меньших давлений, а с уменьшением угла наклона — в интервале больших давлений.

Следовательно, в предлагаемом устройстве создается разряд с эффектом полого катода не при одном, а при ряде давлений рабочего газа.

В известном устройстве разряд с эффектом полого катода при заданной геометрии работает только при одном давлении рабочего газа. Чтобы эффект полого катода создавался при дру. гом давлении необходимо вскрыть вакуумную камеру (во многих случаях разбить ее), изменить геометрию поло" го катода (вставить новую цилиндрическую полость нли новые диски íà другом расстоянии), вновь закрыть ваку1120428

Составитель К.Горчанова

Редактор С.Саенко Техред Ж.Кастелевич Корректор А.Обручар

Заказ 1752(41 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4 умную камеру, провести термическую обработку и вакуумную откачку с последующим заполнением газа до заданного давления..

В предлагаемом устройстве изменение давления не требует проведения такого рода работ. Здесь разряд с эффектом полого катода работает и при новом давлении газа в укаэанном интервале и не требует изменения геометрии полого катода. Изменится лишь незначительно положение плазмы полого катода. При увеличении давления плаз-. ма сместится вглубь к основанию катода, а при уменьшении удалится от основания.

Перечисленный ряд операций при изменении давления в известном устройстве требует затраты электроэнергии на 3200 кВт, работы двух квалифицированных работников, аммортизации вакуумного оборудования и дополнительного времени (около 16 ч). Это . приводит к низкой производительности и увеличению себестоимости. Например, в плазмохимии работа с плазмой полого катода часто переключается с одного давления газа на другое. Поскольку в предлагаемом устройстве таких операций при изменении давления газа нет,то при его внедрении экономический годовой эффект составит 10800 руб (на 100 устройств — 1080000 руб ).