Способ получения излучения в газовом разряде и устройство для его осуществления

 

Союз Соаетскнк

Соцналнстнческнк

Республик

О П И С А Н И Е () 917239

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свир-ву т (22) Заявлено 260580 (21) 2929430/24-07 (5l)M. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 J 61/10

Вкударетвеный комитет

СССР ао делен изобретений и открытий

Опубликовано 30.03В2. Бюллетень Рй 12

Дата опубликования описания 300382 (53) УДК 621. 327 (o88.8) и мтт; (72) Авторы изобретения

В.С.Гребеньков, Б.П.Лавров и М.В.Тютчев

Ленинградский ордена Ленина и ордена Труд

Красного Знамени государственный универси им. А;А.Жданова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАЗОВОИ

РАЗРЯДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ECO ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к светотехнике, конкретно к разработке гаэоразрядных источников света.

Известен способ получения излучения в газовом разряде, включающий в себя приложение электрического поля межS ду катодом и анодом, электрический пробой газа, заполняющего объем между катодом и анодом, причем с цепью увеличения яркости оптического излучения произво10 дят в направлении,поперечномотноситель но направления приложенного электрического поля, сужение области, занимаемой плазмой, образовавшейся g результате электрического прибоя газа.

В месте сужения при определенных ус" ловиях возникает скачок потенциала, связанный с образованием двойного электростатического слоя. Электроны, ускорившиеся в двойном слое, позволяют получить большую степень оптически возбужденных атомов и молекул, а следовательно, и большую яркость свечения. Источником оптического излучения является излучение плазмы в месте сжатия (1 .

Однако в известном способе наблюдается потеря яркости излучения в результате гибели части быстрых электронов„на границах области сужения.

Наиболее близким к предлагаемым по технической сущности являются .способ получения оптического излучения в газоразрядном источнике света и устройство для его осуществления.

Способ включает в себя создание электрического поля для зажигания разряда между катодом и анодом,создание на части пространства между катодом и анодом дополнительного

Ь электрического поля, перпендикулярног го основному, изменяющего скорость электронов, возникающих в результате пробоя газа, причем указанное дополнительное поле является ускоряющим.

Способ осуществляют устройством для получения оптического излучения, Для достижения поставленной цели в способе, предусматривающем создание электрического поля между катодом и анодом, создание электрического дополнительного поля, перпендикулярного основному, путем подачи электрического гютенциала на промежуточный электрод, для создания дополнительного поля на промежуточный электрод подают потенциал, отрицательный по отношению к катоду.

В устройстве для осуществления способа, включающем в.себя оболочку, SS

3 9172 содержащим наполненную газовую оболочку с окном для вывода излучения, установленные в ней герметично полый катод, анод и расположенный между ними промежуточный электрод с отверстием, размеры которого меньше раз" меров гюлости катода, источник питания, положительный полюс которого соединен с анодом непосредственно, а с промежуточным электродом через 1В выключатель, отрицательный полюс соединен с катодом через резистор(21. Недостатком известного способа является потеря яркости излучения, а следовательно, и снижение эффектив" ности (КПД) источника излучения в результате гибели части быстрых электронов на границе области сужения.

8 случае частичного ограничения величины тока с катода на область су- в жения присутствующее дополнительное электрическое поле, ускоряющее электроны в направлении к границе об" ласти сужения, приводит к еще большей потере яркости по сравнению со слу" чаем, когда дополнительного гюля нет.

Некоторое увеличение яркости происходит вследствие увеличения силы тока между катодом и промежуточным .эле" ктродом по сравнению со случаФм, ког- зВ да дополнительного поля нет, и связано, sc-nepsvx, с уменьшением КПД источника„ ва-вторых, с увеличением тепловой нагрузки на катод, обусловленным увеличением тока с катода.

Недостатками устройства являются низкие эффективность и интенсивность, распыление вещества, из которого изготовлен катов, а следовательно, снижение срока службы. Цель изобретения - повышение яркости излучения при одновременном увеличении КПД и сохранении срока службы газораэрядного источника света.

39 4 наполненную газом, с окном для вывода излучения, полый катод, анод,промежуточный электрод, расположенный между катодом и анодом и имеющий отверстие, поперечные размеры которого меньше, чем поперечные размеры полости катода, источник питания, один полюс которого соединен с промежуточным электродом через выключатель, отрицательный полюс источника питания соединен с катодом через резистор R, а положительный полюс соединен с анодом, положительный полюс источника питания соединен с анодом через другой резистор Ry, а промежуточный электрод подсоединен через выключатель к отрицательному полюсу источника питания.

Соотношение величин сопротивлений резисторов й„и й1 составляетй Я, 10.

На фиг. 1 представлена конструкция гаэоразрядного источника света; .на фиг. 2 - электрическая схема включения устройства.

Лампа (фиг. 1 ) состоит из к ро" да 1, окруженного молибденовым цилиндром 2, к которому с одной стороны приварена диафрагма 3, цилиндр 2 и диафрагма Я выполняют роль промежуточного электрода. За диафрагмой по оси лампы расположен плоский дисковый анод 4 с отверстием в центре, далее находится дисковый коллектор

5, ограничивающий гюток заряженных частиц на окно.б лампы, которое с помощью металлических фланцев 7 и 8 соединено со стеклянным корпусом 9.

Для электрической изоляции анодных, коллекторных и катодных выводов служат керамические детали 1О. Лампа снабжена октальным цоколем !1, Для получения излучения лампу подключают (Фиг, 2) через балластные резисторы и „ и Rg к источнику 12 питания, а также к источнику 13 питания накала катода. После поджига .разряда между промежуточным электродом (ПЭ) и катодом прикладывают дополнительное поле в направлении, перпендикулярном. по отношению к полю,осуществляющему поджиг разряда, путем подключения ПЭ к минусу источника питания. Подключение осуществляется переключателем 14. Сопротивление (R =

= R + Rg является балластным и служит необходимым элементом питания любых газоразрядных устройств, к которым предъявляются требования устойчивости горения разряда. Сопротивле.

5 91723

35

Технико-экономическая эффекти вност ь предлагаемого сгюсоба по сравнению с известным заключается в том, что применение источника света с большим КПД для получения той же яркости излучения позволяет сэкономить в год следующее количество электроэнергии (на римере лампы ЛД-2Д) Ф = (t La} Pso t . где dW — сэкономленное количество электроэнергии в год, квт.ч;

we резистора R должно быть много меньше сопротивления резистора Rg, поскольку при достаточно большой величине R< (а следовательно и абсолютной величине отрицательного потенциала ПЭ)возникает переброс раз-. ряда с катода на ПЭ, при этом ток разряда начинает течь по цепи: плюс источника, анод ПЭ, минус источника.

В настоящих экспериментах В =900 Ом, 10 а R< можно менять от 0 до 100 Ом.

Эксперименты, проведенные с несколькими образцами .ламп указанных конструкций показывают,что стабильность яркости излучения при разомкнутом и И замкнутом переключателе 14 и при

R < 0,1R не меняется. После поджига

1 разряда в лампе (переключатель 14 разомкнут) в месте сужения разрядно-" го промежутка возникаат скачок потей» 5в циала, связанный с образованием .двой" ного электростатического слоя. Су" ществование двойного слоя приводит к образованию быстрых электронов с энергиями в несколько десятков эле" ктрон=вольт(эВ}, движущихся внутри капилляра по направлению к аноду, Этот факт экспериментально установлен путем измерения функции распределения электронов по энергиям зондовым методом. Наличие избытка быстрых электронов по сравнению с макс- велловской функцией распределения приводит к увеличению числа воэбуж-. дений атомов и молекул прямым электронным ударом, а связи с чем яркость излучения возрастает, Однако вследствие амбиполярной диффузии часть наиболее быстрых электронов гибнет на стенках капилляра. Если между плаз"ш мой и ограничивающей плазму проводя" щей поверхностью прикладывать допой" . нительное поле, тормозящее электро"

1 ны, то большая часть быстрых элект» ронов, имеющих составляющую скорости в направлении к стенке капилляра, возвращается в плазму. При этом механизм амбиполярной диффузии нарушается (плазма перестраивается), и наблюдаемое увеличение яркости и эф"

50 фективности гаэоразрядного источни- ка света (см. ниже) объясняется, в основном, различием энергетических зависимостей сечений возбуждения и ионизации атомов (молекул) электрон" ным ударом. При наложении укаэанного

55 дополнительного поля потенциал ПЭ становится меньше плавающего потенциала ПЭ (И„,}, в цепи ПЭ протекает

9 6 ионный ток. При уменьшении Uqy ионный ток в цепи ПЭ увеличивается.

При некотором предельном значении величины U>3 весь анодный ток начинает течь по цепи ПЭ, т.е. возникает переброс тока с катода на .ПЭ. Вблизи точки переброса наблюдается нестабильность горения разряда. Как ранее указывалось, необходимое рабочее значение U<> достигается выбором соотношения сопротивлений R „ и R .

При непосредственном замыкании ПЭ с катодом, когда R< 0 и, следовательно, У в* О, выигрыщ в яркости составляет 253. При дальнейшем увеличении по абсолютной величине j -U 5) яркость продолжает расти и при RÄ-= О, 1Rt1 составляет 137ъ от яркости лампы при Упз= U„ . Под КПД понимается отношение яркости излучения источника света к потребляемой этим ис" точником мощности, которая складывается из мощности, потребляемой в цепи канала катода, и мощности, потребляемой в цепи анодного питания. t1pu соединении ПЗ с катодом КПД возрас. тает íà 43 по сравнению с КПД лампы при разомкнутом переключателе Й.При

R = О,Я, выигрыш в КПД составляет

64.

Применение предлагаемого способа получения излучения и устройства для его реализации позволяет увеличить яркость газоразрядных источников света, а при данной величине яркости излучения сэкономить электроэнергию, обеспечить работу катода капиллярнодуговой лампы в более легком тепловом режиме, гюскольку увеличение яркости

;происходит при меньшем токе эмиссии с катода, что увеличивает ресурс его работы. Следует отметить, что в ряде разработанных в настоящее время типов спектральных ламп (например ДНУ-65) ресурс работы катода в значительной степени определяет долговечность лампы.

7 9172 и 1,- КПД лампы в предлагаемой схеме и при отключенном

7 ПЭ соответственно, t - среднее сремя наработки лампы за день, ч; 5 и - число рабочих дней в году;

Р„ - номинальная мощность лампы ЛД-2Д, Вт;

N - число ламп, выпускаемых в год; 1О

aW — (1Î6-100) 50 ° 7.2бО ° 100000=

= 5,5 ° 10 кВт.а.

При вычислении приняты следующие численные значения указанных величин:

t = 7 ч, и 260 рабочих дней, P„o„=

= 50 Вт, N = 108 000 шт/год, = 1003,, = 1063.

Таким образом, кроме экономии электроэнергии, что является важным в настоящее время, денежная стоимость 0 сэкономленной электроэнергии из расчета 0,02 руб. за 1 квт ч составляет

П аМ ° 0,02 11 000 руб. в год .

Формула изобретения

Способ получения излучения в газовом разряде, состоящий в том, что в газе создают электрическое по- зо ле для зажигания разряда между като дом и анодом, на части пространства (между катодом и анодом создают дополнительное электрическое поле, перпендикулярное основному, путем пода- З5 чи электрического потенциала на промежуточный электрод, установленный между катодом и анодом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

39 повышения яркости при одновременном увеличении КПД и сохранении срока службы газоразрядного источника света, для создания дополнительного поля на промежуточный электрод подают потенциал, отрицательный по отношению к катоду.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее наполненную рабочим газом оболочку с окном для вывода излучения, герметично установленные внутри оболочки полый катод, анод и расположенный между ними промежуточный электрод с отверстием, поперечные размеры которого меньше поперечных размеров полости катода, и источник питания, один полюс которого соединен с промежуточным электродом через выключатель, положительный полюс источника питания соединен с анодом,а отрицательный полюс соединен с катодом через резистор R о т л и ч а ю щ е е с я тем,что между положительным полюсом источника питания и анодом включен резистор

R<, а промежуточный электрод подключен к отрицательному полюсу источника питания.

3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что соотношение величин сопротивлений резисторов

R< и Rg составляет R

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зайдель А.Н. и Шрейдер Е,.Я.

ВакУУмная спектроскопия и ее применение. "Наука", 197Ь, с. 43-44.

2. Патент США и 385549 1, кл. 313-193, 1974.

917239

Составитель В.Горчакова

Редактор А.Лежнина Техред M. Надь Корректор Г.Orap

Заказ 1896/71 . Тираж 758 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 8-35, Рауйская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,