Исследование процессов пробоя в бактерицидной газоразрядной лампе
|
Введение.
1. Литературный обзор
1.1. Объект исследования. Пробой газа
1.2. Наблюдение волны ионизации
1.3. Способы определения электрического поля
2. Экспериментальная установка и методика эксперимента.
3. Результаты эксперимента
3.1. Разряд постоянного тока
3.2. Импульсно-периодический режим разряда
3.3. Волна ионизации
3.4. Спектральный состав излучения волны ионизации
4. Обсуждение результатов
4.1. Спектральный состав излучения волны ионизации
4.2. Приведенное поле в стационарном приближении
4.3. Модель напряженности поля в волне ионизации
5. Заключение
6. Список литературы
1. Литературный обзор
1.1. Объект исследования. Пробой газа
1.2. Наблюдение волны ионизации
1.3. Способы определения электрического поля
2. Экспериментальная установка и методика эксперимента.
3. Результаты эксперимента
3.1. Разряд постоянного тока
3.2. Импульсно-периодический режим разряда
3.3. Волна ионизации
3.4. Спектральный состав излучения волны ионизации
4. Обсуждение результатов
4.1. Спектральный состав излучения волны ионизации
4.2. Приведенное поле в стационарном приближении
4.3. Модель напряженности поля в волне ионизации
5. Заключение
6. Список литературы
Сегодня молодая и быстро развивающаяся отрасль физики,
изучающая ионизированный газ - плазму, привлекает к себе все большее
внимание. С плазмой, в частности, связаны перспективы новой техники,
получившей название электронной технологии. Быстро расширяется круг
научных работников и инженеров, которым необходимо знание физики
плазмы. Возможности практического применения плазмы чрезвычайно
многообразны: создание жизненно важных для человечества источников
энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза, разработка
методов прямого преобразования тепловой энергии в электрическую,
использование плазмы в качестве активной среды лазеров, в плазмохимии,
плазменных технологиях, получение сверхскоростных газовых струй и
потоков и другое. Наверно, самым распространенным приложением
тлеющего разряда является осветительная техника. На данный момент все
более широкое распространение получают компактные люминесцентные
лампы. Эти лампы часто выпускаются со встроенным электронным
дросселем, благодаря чему имеют улучшенные характеристики в сравнении
с традиционными люминесцентными лампами – более быстрое включение,
отсутствие мерцания за счет питания ВЧ напряжением. При эксплуатации в
правильном режиме такая лампа может работать гораздо дольше ламп
накаливания, потребляя, в среднем, в пять раз меньше электроэнергии.
В медицинских учреждениях, школах, детских садах и в других
местах скопления детей используют ультрафиолетовый бактерицидный
облучатель для предотвращения эпидемий различных заболеваний.
Бактерицидный облучатель представляет собой электротехническое
устройство, состоящее из ультрафиолетовой бактерицидной лампы или
ламп, пускорегулирующего аппарата, отражательной арматуры, деталей для
крепления ламп и присоединения к питающей сети, а также элементов для
подавления электромагнитных помех в радиочастотном диапазоне. При4
ультрафиолетовом обеззараживании помещений воздействие облучения на
структуру микроорганизмов, находящихся в воздухе и на различных
поверхностях, приводит к замедлению темпов их размножения и
вымиранию. Использование ультрафиолетового оборудования, по данным
Департамента образования г. Москвы, позволяет значительно снизить
уровень микробной обсемененности воздуха в помещениях с повышенным
риском распространения возбудителей инфекций в групповых, учебных и
других помещениях с большим скоплением детей — столовых, актовых и
спортивных залах. Практика применения ультрафиолетового оборудования
в образовательных организациях с 2005 г. показала снижение уровня
заболеваемости острыми респираторными вирусными инфекциями (ОРВИ)
среди детей более чем на 30 % [1].
Учитывая все это, вновь повышается интерес к изучению процессов
при зажигании длинных трубок с целью получения наиболее выгодного
режима зажигания компактных ламп, о чем свидетельствуют последние публикации [2].
Кроме того, газовые разряды в настоящее время являются основным
средством создания плазмы с заданными физическими свойствами.
Наиболее удобно изучать основные закономерности образования
газоразрядной плазмы на примере тлеющего и дугового разрядов, чаще
других находящих практические применения.
Разработка новых или усовершенствование известных технологий,
основанных на использовании неравновесной низкотемпературной плазмы,
невозможна без проведения соответствующих фундаментальных
исследований газового разряда. Основная цель этих исследований –
получение информации об элементарных процессах, протекающих в такой
плазме, и определяющих ее характеристики. Эта информация может быть,
как качественного характера (например, выяснение основного механизма5
ионизации или возбуждения данного электронного состояния), так и
количественного – определение вероятностей или констант скорости.
Такого рода информация необходима для понимания работы всех
плазменных устройств (лазеров, источников света, плазмохимических
реакторов и др.) и для создания теории («построения теоретических моделей») таких систем.
Данная работа посвящена изучению процессов в длинной разрядной
трубке. Целью работы является нахождение приведенной напряженности
электрического поля в предпробойной волне ионизации.
В длинной разрядной трубке расстояние между электродами намного
больше их размеров и диаметра трубки. Механизм пробоя в случае длинной
трубки имеет заметную специфику и включает в себя первоначальный
пробой на стенку, который можно считать таунсендским, с последующей
генерацией и распространением волны ионизации. Пробой таких разрядных
систем представляет собой сложный процесс, в общем случае не
сводящийся к развитию электронных лавин через весь разрядный
промежуток. Это связано с резкой неоднородностью электрического поля,
приводящей к тому, что плотность его силовых линий велика вблизи
электродов и практически отсутствует в центральной части трубки.
Для длинных разрядов в качестве механизма пробоя рассматривают
прохождение волны ионизации, представляющую собой локализованную в
пространстве и времени область высокого значения напряженности
электрического поля, взаимодействующего с частицами газа. Во фронте
волны происходит интенсивная ударная ионизация и формируется плазма,
создающая начальную проводимость трубки. Волна ионизации как
физический объект сама по себе представляет интерес, и часто она
исследуются вне связи с пробоем
Результаты работы могут быть использованы при проведении
исследований и разработки экономичных газоразрядных источников света
в длинных разрядных трубках. Таким образом, информация о поведении
характеристик пробоя имеет практическую ценность при разработке новых
энергосберегающих газоразрядных ламп освещения.
изучающая ионизированный газ - плазму, привлекает к себе все большее
внимание. С плазмой, в частности, связаны перспективы новой техники,
получившей название электронной технологии. Быстро расширяется круг
научных работников и инженеров, которым необходимо знание физики
плазмы. Возможности практического применения плазмы чрезвычайно
многообразны: создание жизненно важных для человечества источников
энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза, разработка
методов прямого преобразования тепловой энергии в электрическую,
использование плазмы в качестве активной среды лазеров, в плазмохимии,
плазменных технологиях, получение сверхскоростных газовых струй и
потоков и другое. Наверно, самым распространенным приложением
тлеющего разряда является осветительная техника. На данный момент все
более широкое распространение получают компактные люминесцентные
лампы. Эти лампы часто выпускаются со встроенным электронным
дросселем, благодаря чему имеют улучшенные характеристики в сравнении
с традиционными люминесцентными лампами – более быстрое включение,
отсутствие мерцания за счет питания ВЧ напряжением. При эксплуатации в
правильном режиме такая лампа может работать гораздо дольше ламп
накаливания, потребляя, в среднем, в пять раз меньше электроэнергии.
В медицинских учреждениях, школах, детских садах и в других
местах скопления детей используют ультрафиолетовый бактерицидный
облучатель для предотвращения эпидемий различных заболеваний.
Бактерицидный облучатель представляет собой электротехническое
устройство, состоящее из ультрафиолетовой бактерицидной лампы или
ламп, пускорегулирующего аппарата, отражательной арматуры, деталей для
крепления ламп и присоединения к питающей сети, а также элементов для
подавления электромагнитных помех в радиочастотном диапазоне. При4
ультрафиолетовом обеззараживании помещений воздействие облучения на
структуру микроорганизмов, находящихся в воздухе и на различных
поверхностях, приводит к замедлению темпов их размножения и
вымиранию. Использование ультрафиолетового оборудования, по данным
Департамента образования г. Москвы, позволяет значительно снизить
уровень микробной обсемененности воздуха в помещениях с повышенным
риском распространения возбудителей инфекций в групповых, учебных и
других помещениях с большим скоплением детей — столовых, актовых и
спортивных залах. Практика применения ультрафиолетового оборудования
в образовательных организациях с 2005 г. показала снижение уровня
заболеваемости острыми респираторными вирусными инфекциями (ОРВИ)
среди детей более чем на 30 % [1].
Учитывая все это, вновь повышается интерес к изучению процессов
при зажигании длинных трубок с целью получения наиболее выгодного
режима зажигания компактных ламп, о чем свидетельствуют последние публикации [2].
Кроме того, газовые разряды в настоящее время являются основным
средством создания плазмы с заданными физическими свойствами.
Наиболее удобно изучать основные закономерности образования
газоразрядной плазмы на примере тлеющего и дугового разрядов, чаще
других находящих практические применения.
Разработка новых или усовершенствование известных технологий,
основанных на использовании неравновесной низкотемпературной плазмы,
невозможна без проведения соответствующих фундаментальных
исследований газового разряда. Основная цель этих исследований –
получение информации об элементарных процессах, протекающих в такой
плазме, и определяющих ее характеристики. Эта информация может быть,
как качественного характера (например, выяснение основного механизма5
ионизации или возбуждения данного электронного состояния), так и
количественного – определение вероятностей или констант скорости.
Такого рода информация необходима для понимания работы всех
плазменных устройств (лазеров, источников света, плазмохимических
реакторов и др.) и для создания теории («построения теоретических моделей») таких систем.
Данная работа посвящена изучению процессов в длинной разрядной
трубке. Целью работы является нахождение приведенной напряженности
электрического поля в предпробойной волне ионизации.
В длинной разрядной трубке расстояние между электродами намного
больше их размеров и диаметра трубки. Механизм пробоя в случае длинной
трубки имеет заметную специфику и включает в себя первоначальный
пробой на стенку, который можно считать таунсендским, с последующей
генерацией и распространением волны ионизации. Пробой таких разрядных
систем представляет собой сложный процесс, в общем случае не
сводящийся к развитию электронных лавин через весь разрядный
промежуток. Это связано с резкой неоднородностью электрического поля,
приводящей к тому, что плотность его силовых линий велика вблизи
электродов и практически отсутствует в центральной части трубки.
Для длинных разрядов в качестве механизма пробоя рассматривают
прохождение волны ионизации, представляющую собой локализованную в
пространстве и времени область высокого значения напряженности
электрического поля, взаимодействующего с частицами газа. Во фронте
волны происходит интенсивная ударная ионизация и формируется плазма,
создающая начальную проводимость трубки. Волна ионизации как
физический объект сама по себе представляет интерес, и часто она
исследуются вне связи с пробоем
Результаты работы могут быть использованы при проведении
исследований и разработки экономичных газоразрядных источников света
в длинных разрядных трубках. Таким образом, информация о поведении
характеристик пробоя имеет практическую ценность при разработке новых
энергосберегающих газоразрядных ламп освещения.
В заключение перечислим результаты проделанной работы.
1) Получен и обработан большой массив экспериментальных данных по
спектральному составу волны ионизации и относительной яркости волны
ионизации в разных точках газоразрядной трубки.
2) Установлено, что спектр излучения волны ионизации существенно
отличается от спектра излучения стационарного. В последнем видны
только линии ртути, в то время как в волне ионизации излучают также атомы и ионы аргона.
3) Для определения приведенного поля волны ионизации в
стационарном приближении рассчитано отношение интенсивностей линий
Ar и Ar+, как функция E/N. При этом использовалась расчетная функция
распределения электронов по энергиям [http://fr.lxcat.net/]. Из сравнения
результатов расчета с экспериментальными данными получена оценка
усредненного значения приведенной напряженности электрического поля: E/N ≈ 600 Тд.
4) Создана модель, позволяющая найти приведенное поле в волне
ионизации любой точке длинной газоразрядной трубки. Из сравнения
результатов расчета с экспериментальными данными получены значения
приведенной напряженности электрического поля в различных точках разряда.
1) Получен и обработан большой массив экспериментальных данных по
спектральному составу волны ионизации и относительной яркости волны
ионизации в разных точках газоразрядной трубки.
2) Установлено, что спектр излучения волны ионизации существенно
отличается от спектра излучения стационарного. В последнем видны
только линии ртути, в то время как в волне ионизации излучают также атомы и ионы аргона.
3) Для определения приведенного поля волны ионизации в
стационарном приближении рассчитано отношение интенсивностей линий
Ar и Ar+, как функция E/N. При этом использовалась расчетная функция
распределения электронов по энергиям [http://fr.lxcat.net/]. Из сравнения
результатов расчета с экспериментальными данными получена оценка
усредненного значения приведенной напряженности электрического поля: E/N ≈ 600 Тд.
4) Создана модель, позволяющая найти приведенное поле в волне
ионизации любой точке длинной газоразрядной трубки. Из сравнения
результатов расчета с экспериментальными данными получены значения
приведенной напряженности электрического поля в различных точках разряда.
Подобные работы
- Исследование процессов пробоя в бактерицидной газоразрядной лампе
Магистерская диссертация, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4945 р. Год сдачи: 2017