ВВЕДЕНИЕ 3
1. Основные представления о физике газоразрядных источников спонтанного
излучения 5
1.1. Оптические параметры эксиламп 5
1.2. Электрофизические параметры 7
1.3. Плазма 8
1.3.1. Кинетика образования эксиплексных молекул в условиях БР 9
1.3.2. Бинарные смеси 10
1.3.3. Тройные смеси 11
2. Общая характеристика эксиламп барьерного разряда 13
2.1. Факторы, ограничивающие срок службы излучателей 16
3. Термодинамический подход 19
3.1. Метод динамического скачка давления для контроля мощности
излучения 20
3.2. Термодинамический маркер для определения степени неоднородности
барьерного разряда 23
4. Экспериментальная часть 25
4.1. Изучение влияния величины быстрой составляющей скачка давления на
мощность У Ф-излучения эксилампы для случая тройных смесей 25
4.1.1. Экспериментальная методика 25
4.1.2. Анализ и обсуждение результатов 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 34
В настоящее время существует множество источников спонтанного излучения, которые преобразуют электрическую энергию в излучение газоразрядной плазмы.
В течение последних нескольких лет наблюдается интенсивное развитие источников спонтанного излучения ультрафиолетового (УФ) диапазона, в которых используется излучение эксимерных и эксиплексных молекул - димеров и галогенидов инертных газов. Данные источники излучения на эксимерных и эксиплексных молекулах принято называть эксилампами. Термин «эксимер» был предложен в 1960 году. Так были названы короткоживущие соединения атомов инертных газов друг с другом, с галогенами или кислородом; представляющие собой двухатомную молекулу, существующую только в электронно-возбужденном состоянии, причем один из атомов находится в возбужденном, а другой в основном состоянии. Снятие возбуждения сопровождается распадом эксимера на несвязные атомы и испусканием фотона. Излучение эксимеров соответствует диапазону длин волн от 126-558 нм, т.е. вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ), УФ и видимой областям спектра.
Эксилампы являются сравнительно молодым семейством источников света. Первые законченные в конструктивном исполнении эксилампы были созданы в группе Г.А. Волковой в 1982-1984 гг. Эксилампы оказались сравнительно недорогими источниками излучения. Обеспечили энергии фотонов от 3 до 10.5 эВ, достаточные для применения практически во всех известных фотопроцессах, в которых необходимо узкополосное УФ или ВУФ излучение: так у эксиплексов спектр излучения состоит преимущественно из относительно узкой полосы В^Х перехода соответствующей молекулы.
Получать эксимерную и эксиплексную люминесценцию можно электроразрядным возбуждением в сверхзвуковом потоке плазмы, возбуждением мощными рентгеновскими вспышками, пучком электронов, в тлеющих и коронных разрядах. Однако для эксиламп с рабочими средами на основе смесей инертных газов с галогенами наибольшие результаты достигнуты в случае безэлектродных типах разряда - емкостного, барьерного и СВЧ [1].
Наибольшее практическое применение получили лампы барьерного разряда (БР) из-за характерных особенностей: отсутствие электродов внутри колбы и соответственно возможность исключения контакта рабочей среды с поверхностью электродов. Последнее оказывается значимым в тех случаях, когда контакт газа с поверхностью электродов приводит к быстрой деградации рабочей среды, снижению энергетических и изменению спектральных характеристик ламп.
В настоящее время является актуальным вопрос массового внедрения эксиламп на производство
Внедрение эксиламп предполагает проведение исследований, нацеленных на оптимизацию режимов их работы в условиях длительной эксплуатации, к которым относятся состав газовой смеси, условия возбуждения, температура рабочего газа и колбы эксилампы, выбор режимов охлаждения (воздушное или водяное) и, помимо всего прочего, упрощение процедуры их изготовления. И в этом случае, в частности, необходимы методы экспресс-контроля мощности излучения эксиламп, в которых не используется дорогое и сложное оборудование (фотоприёмники, осциллографы, спектрофотометры).
Цель настоящей работы - оценка условий достижения максимальной эффективности излучения однополосных и многополосных эксиламп БР на рабочих молекулах XeCl* и XeBr*.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1) Написание литературного обзора и выявление условий эксперимента, обладающих новизной.
2) Сборка и тестирование экспериментальной установки.
3) Экспериментальные исследования влияния величины быстрой составляющей скачка давления на мощность УФ-излучения эксилампы для случая тройных смесей.
Выполнен литературный обзор по принципу работы эксиламп, выявлены условия эксперимента, обладающие новизной.
В работе на примере тройных смесей показано, как термодинамические величины связаны с оптическими параметрами эксилампы. А именно: результаты проведенных измерений позволяют сделать вывод о том, что величина параметра ^Р11р0 позволяет нам объективно оценивать условия достижения максимальной эффективности излучения не только однополосных, но многополосных эксиламп.
Показана связь между изменениями в спектре и изменениями в балансе энергии эксилампы:
1) эффективность и средняя мощность излучения XeBr-эксилампы примерно на 10% ниже, чем у XeCl-эксилампы;
2) эффективность и средняя мощность излучения при переходе к от однополосного излучения к многополосному, в котором 7XeCl* ~ ZxeBr, снижаются на 15 и 7% для смесей Xe-Br2 и Xe-Cl2, соответственно.
С практической точки зрения - на примере тройных смесей - показано, как осуществлять оперативный контроль мощности излучения эксиламп БР регистрируя не оптические, а термодинамические величины. Это, в частности, может быть использовано для упрощения процедуры изготовления эксиламп БР и важно для их серийного выпуска
Работа выполнена в рамках государственно задания ИСЭ СО РАН по теме №13.1.3. Кроме того, в статье использованы результаты, полученные в ходе выполнения проекта № 8.2.32.2015, в рамках программы «Научный фонд им. Д.И. Менделеева Томского государственного университета» в 2015-2016 гг.
