光源課件lschap gas discharge第四章氣體放電燈的基本原理

氣體放電:電流通 氣體放電現(xiàn)象:閃電,火花放電,電焊,

2010.7byBertrand (())201-09- 電極陰極 W

在室溫下只有極少量電子的動(dòng)能超過逸出功從金屬一般當(dāng)金屬溫度>1000℃

Φ=E0– 次電子發(fā)射可以使陰極在10-16s內(nèi)瞬間產(chǎn)生1500℃高溫,發(fā)射

j=A0T2exp(-φ/kBT)零場電流密度,A0＝120A/cm2·K2結(jié)論：結(jié)論：TΦ=4.543380 陰極位降~100V 使陰極表面勢壘降低,隧道效應(yīng)明顯,大量電子得以渡越勢壘,逸出陰極表面a:未加外電場時(shí)的勢壘b~d:加外電場時(shí)的勢壘 j=AE2e-B/ 4.1.2 ①② ③⑤ ⑦⑩

e+A?e+A*

e+Afi2e+Ae+A+fie+A+?A+*+

e+ fi

+

e+A*?A**+e

e+ fi +e⑤A*?A+hνA*+hν?A**

A*hν?Ae(un，電勢 A+A*?A+A+A*?A+A++B+A*fiB++A+eB+A*fiB*+A

B+A*+Cfi

C

A++A*fi

A**高速離子-激發(fā)態(tài)原子碰撞逐級A++A*fi2A++

2A*+A*fiA++2A*+A*fiA+A++

A+

+B-fiAB

A++AfiA++A*A++Afi2A++e

⑾A+AfiA*+A+AfiA+A++

hν+AfiA*hν+Afi

e ff=m2πkBT3/BT= 4u22πupd upupupmm

,ud

m=2eli3i

1 2

m=

f4

ele

meE ,

=1ue

e Dn=un=-

D=1ui

i D 2el-1

=lu

=

3m =1m 1=4 @e 放電等離子體正柱中,于De/me >>Di/mi,在濃度梯度作用下,電子比離子擴(kuò)散得快,出現(xiàn)徑向電荷分離,產(chǎn)生徑向電場,該電場趨向于 負(fù)兩種粒子以相同速度向管壁擴(kuò)散,這就是雙極擴(kuò)散(Ambipolardiffusion). Qˉ QˉˉˉfiˉQˉ QQQ eQQQfiu QQeQQQ i離子速度 i

-Didni i i Ddn

ue=-

- e準(zhǔn)中

@ne=

Dm+Dmdni=dne=

u=-

穩(wěn)態(tài)速度ui=ue=u

DDa=Dime+Demi=Di/mi+De/1/mi+1/ 雙極擴(kuò)散系aJ=nu=- a ①高氣壓放電,TiTeT

Di=De=kBT 則Da

mi+

@ Te>> Da

m mDDa1kB(Ti+Te)e如低氣壓放電正柱,低壓鈉燈正柱 4.1.41)改變電源電壓V0改變I測量燈電壓 4.1.41)電流。電場E↑,電流I↑V= sma+VCathode+VAnode~ 04.1.41)0d

1 但I(xiàn)已足夠大,逐級電離↑,VP↓,故V↓陰極電流密度J=constI=JSSV=VP+VC 4.1.41)FG段：I↑↑,需J↑,故VC↑,VP↓,但|ΔVC|>>|ΔVP|,故V↑,即 JVCVPVV=VP+VC 巴邢定律Vzf(pdVz,Ne-Ar<Vz,Ne<Vz,Ar<Vz,-pd小自由程大碰撞少要求Vz↑,E-pd大自由程小碰撞多但電子能量小不足以電離;要求Vz↑,E↑,電子能量↑ 潘寧效應(yīng)A*B→AB+VmAVi,B/He 4.1.4(2)巴邢定律 Ar*(Vm=11.53V)+Hg(Vi=10.4V)→Ar+Hg++(Hg Ne*(V=16.57V)+Ar(V=15.7V)→Ne+Ar++ (ArNe*(V=16.57V)+Xe(V=12.1V)→Ne+Xe++ He*(V=19.8V)+Xe(V=12.1V)→He+Xe++

例：T12熒光燈,充Ar形成Ar-Hg 氣體,燈啟動(dòng)電壓160VT8熒光燈,充氪,無 效應(yīng),燈啟動(dòng)電壓240V 4.1.4(2)巴邢定律 , ①②③④⑤⑥⑦⑧ 4.1.43)

陰極輝區(qū),克魯克