Введение к работе
Актуальность темы диссертации. К настоящему времени разряд в смеси паров ртути с инертными газами достаточно полно и всесторонне исследован при сравнительно низких давлениях инертного газа ( Р4 3 Торр), что объясняется, во-первых, возможностью применения зондовых методик исследования плазмы, основанных на теории зонда Ленгмюра /I/ и, во-вторых, широким использованием данного разряда в различных практических приложениях, например в источниках света /2/. Разряды при более высоких давлениях до последнего времени недостаточно хорошо исследованы. Интерес к таким условиям разряда чрезвычайно высок. Во-первых, измерения функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) f(e) и других характеристик плазмы при более высоких давлениях газа позволили бы сделать дальнейшее продвижение в кинетической теории плазмы и подкрепить многочисленные расчеты fee') , выполненные для области средних давление. Во-вторых, экспериментальные исследования положительного столба, основанные на измерениях {(О , могут дать возможность более глубокого изучения процессов, определяющих свойства плазмы в указанных разрядных условиях, и на основе этого - более глубокого понимания физических свойств плазмы. Большой интерес, например, представляет вопрос о границах применимости законов подобия для смесей газов /З/. В случае выполнимости этих законов при более высоких давлениях ( р > 3 Торр) они могли бы быть дополнительным средством диагностики разрядной плазмы. Наконец, в-третьих, современные тенденции развития многих разрядных устройств (миниатюризация устройств, увеличение удельной мощности, повышение эффективности и т.д.) часто требуют их работы при более высоких давлениях газа. Применительно к газоразрядным источникам света низкого давления, наполненных смесью паров ртути с инертными газами, стремление к созданию компактных высокоэффективных источников света приводит к необходимости существенного увеличения давления инертного газа (до нескольких десятков Торр) и использования разрядных трубок малого радиуса ( R ^0,5 см). Как оказывается, конструктивные особенности компактных люминесцентных источников света таковы, что часто удобно сделать сечение разряда не цилиндрическим, а трапециедальным /2/. Последнее, в
«
2.
cbod очередь, кроме технологических преимуществ,позволяет соответствующим выбором параметров трапеции влиять на внутренние характеристики плазмы. При этом, однако, возникает проблема описания разряда нецилиндрического сечения.
Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование электрокинетических характеристик плазмы, в том числе функции распределения электронов по энергиям (ЙРЭЭ) при повышенных давлениях инертного газа (5 Торр4 Раг420 Торр) и паров ртути (7 иТорр^ Рца.450 мТорр) в положительном столбе ( Н<}+ Аг )-разряда, создаваемого в трубках малого радиуса ( R 0,5 см); изучение возможности применения теоретической модели, разработанной ранее для описания плазмы стандартных люминесцентных ламп /4/» к описанию положительного столба ( Но, + инертный газ) разряда при повышенных давлениях, и при необходимости - кодификация и уточнение данной модели; выяснение вопроса о выполнимости законов подобия /3/ и возможности их применения для диагностики плазмы разряда при повышенных давлениях в трубках малого радиуса; разработка подхода к описанию положительного столба разряда трапециедального сечения.
Научная новизна работы состоит в следующем.
1. Предложена методика нахождения функции распределения
электронов по энергиям по измеренной второй производной зондо-
вого тока по потенциалу зонда в Положительном столбе разряда
в смеси (На+Аі") при повышенных давлениях.
2. Проведены исследования функции распределения электронов
по энергиям и других электрокинетических характеристик плазмы
разряда в смеси паров ртути с аргоном при повышенных давлениях
в трубках малого радиуса. Показано, что в исследованных разряд
ных условиях энергетическое распределение электронов таково,
что возбуждением и ионизацией атомов аргона можно пренебречь.
На основе полученных электрокинетических характеристик плазмы
проведен анализ процессов, определяющих свойства плазмы в ука
занных разрядных условиях, и уточнена модель /4/, позволяющая
в модифицированном виде рассчитывать характеристики положительного столба интересующего нас разряда. Сравнение результатов расчета функции распределения электронов по энергиям, средней энергии электронов, напряженности продольного электрического поля с данными зксперимента дало хорошее согласие.
3.
3. Показано, что законы подобия, развитые в работе /3/
для случая разряда в смеси буферного газа (газов) с легкоиони-
эуемой добавкой (добавками) при сравнительно низких полных дав
лениях смеси ( р ^ 5 Торр), могут быть обобщены на случай повы
шенных давлений. Это позволило применить указанные законы подо
бия для описания и диагностики интересующей нас плазмы. В част
ности, проведен расчет ряда характеристик положительного столба
и определена область условий разряда, в которых следует ожидать
максимальной световой отдачи люминесцентных источников света
в трубках малого радиуса.
4. Разработан подход к описанию положительного столба раз
ряда нецилиндрического (трапециедального) сечения. Проведено
сопоставление характеристик такого разряда с характеристиками
разряда цилиндрического поперечного сечения.
Научное и практическое значение результатов работы.
Впервые в условиях, перспективных с точки зрения создания эффективных компактных люминесцентных источников света (малые радиусы разрядных трубок, повышенные давления газов), с помощью зондовой методики проведено исследование электрокинетичес-ких характеристик плазмы (H^+Ar )-разряда, в том числе -функции распределения электронов по энергиям. Предложена теоретическая модель для описания положительного столба указанного разряда, включающая в себя законы подобия для смесей газов /3/, что позволило определить область условий разряда, в которых следует ожидать максимальной световой отдачи люминесцентных источников света. Предложен подход к описанию характеристик положительного столба разряда нецилиндрического (трапециедального) сечения, используемого в миниатюрных люминесцентных источниках света. Результаты диссертации нашли практическое применение при разработке миниатюрных люминесцентных источников света в совместной работе СПбГУ и Университета Поля Сабатье г.Тулуза (Франция).
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, обеспечена тщательным анализом и учетом возможных погрешностей измерений, проведением контрольных измерений в разрядных условиях с известными характеристиками плазмы, хорошей повторяемостью результатов измерений, сопоставлением и хорошим согласием данных эксперимента с результатами теоретических расчетов.
4.
Апробация работа. Основные результаты диссертации доклады- : вались на XI Европейской конференции по явлениям в ионизованных газах о участием атомов и молекул (Санкт-Петербург, 1992), на , X Международной конференции по газовым разрядам и их применениям { Swansea, 1992), на XXI Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (ВооЬиш , 1993), на 46 ежегодной
Конференции ПО ГаЗОВОЙ электронике (Montreal, Quebec , 1993),
на научном семинаре в Университете Поля Сабатье (Тулуза, Франция).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в четырех тезисах докладов указанных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 161 стр. машинописного текста, включая 39 рис. и 7 табл. Список литературы содержит 104 наименований.
