Способ получения излучения в газовом разряде и устройство для его осуществления

Союз СоветскикСоцналистическнкРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ917239ао лелем изобретений и открытийОпубликовано 30.03 В 2. Бюллетень Рй 12 Дата опубликования описания 300382(72) Авторы изобретения В.С.Гребеньков, Б,П.Лавров и М.В.Тютчев енинградский о расного Знамениим. на Ленина и ордена Труосударственный универсА.Жданова Заявнтел 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ дан кат Изобретение относится к светотехнике, конкретно к разработке гаэоразрядных источников света.Известен способ получения излучения в газовом разряде, включающий в себя приложение электрического поля меж 5 ду катодом и анодом, электрический пробой газа, заполняющего объем между катодом и анодом, причем с цепью увеличения яркости оптического излучения производят в направлении,поперечномотноситель" но направления приложенного электрического поля, сужение области, занимаемой плазмой, образовавшейсярезультате 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 13.Однако в известном способе наблюдается потеря яркости излучения вре зультате гибели части быстрых электроновна границах области сужения.Наиболее близким к предлагаемым по технической сущности являются,спо соб 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,созие на части пространства между одом и анодом дополнительногоьэлектрического поля, перпендикулярно го основному, изменяющего скорость электронов, возникающих в результате пробоя газа, причем указанное дополнительное поле является ускоряющим.Способ осуществляют устройством для получения оптического излучения, 3 9172содержащим наполненную газовую оболочку с окном для вывода излучения,установленные в ней герметично полыйкатод, анод и расположенный междуними промежуточный электрод с отверстием, размеры которого меньве раз"меров полости катода, источник питания, положительный полюс которогосоединен с анодом непосредственно,а с промежуточным электродом через щвыключатель, отрицтельный полюс соединен с катодом через резистор 21.Недостатком известного способа является потеря яркости излучения, аследовательно, и снижение эффектив"ности КПД) источника излучения в результате гибели части быстрых электронов на границе области сужения.9 случае частичного ограничения величины тока с катода на область су-жения присутствующее дополнительноеэлектрическое поле, ускоряющее электроны в направлении к границе об"ласти сужения, приводит к еще больвейпотере яркости по сраЬнению со слу"чаем, когда дополнительного поля нет.Некоторое увеличение яркости происходит вследствие увеличения силы токамежду катодом и промежуточным .эле"ктродом по сравнению со случаФм, ког- зВда дополнительного поля нет, и свя"эвно, во-первых, с уменьвением КПДисточника ва"вторых, с увеличениемтепловой нагрузки на катод, обусловленным увеличением тока с катода.33Недостатками устройства являютсянизкие эффективность и интенсивность,распыление вещества, из которогоизготовлен катод, а следовательно,снижение срока службы,Цель изобретения - повывение яркости излучения при одновременномувеличении КПД и сохранении срокаслужбы газораэрядного источника светаю43Для достижения поставленной целив способе, предусматривающем создание электрического поля между катодом и анодом, создание электрического дополнительного поля, перпендикулярного основному, путем подачиэлектрического потенциала на промежуточный электрод, для создания дополнительного поля на промежуточныйэлектрод подают потенциал, отрицательный по отношению к катоду,В устройстве для осуществленияспособа, включающем в,себя оболочку,39 4наполненную газом, с окном для вывода излучения, полый катод, анод,промежуточный электрод, расположенныймежду катодом и анодом и имеющий отверстие, поперечные размеры которогоменьше, чем поперечные размеры полости катода, источник питания, одинполюс которого соединен с промежуточным электродом через выключатель, отрицательный полюс источника питаниясоединен с катодом через резистор й,а положительный полюс соединен с анодом, положительный полюс источникапитания соединен с анодом через другой резистор й, а промежуточныйэлектрод подсоединен через выключатель к отрицательному полюсу источника питания,Соотновение величин сопротивленийрезисторов й и й составляетй,10.Йа Фиг. 1 представлена конструкциягаэоразрядного источника света; наФиг. 2 - электрическая схема включения устройства.Лампа (фиг. 1) состоит из кто"да 1, окруженного молибденовым цилиндром 2, к которому с одной сторо"ны приварена диафрагма 3, цилиндр 2и диафрагма 3 выполняют роль промежуточного электрода. За диафрагмойпо оси лампы располощен плоский дисковый анод 4 с отверстием в центре,далее находится дисковый коллектор5, ограничивающий поток заряженныхчастиц на окно.б лампы, которое спомощью металлических фланцев 7 и 8соединено со стеклянным корпусом 9.Для электрической изоляции анодных,коллекторных и катодных выводов служат керамические детали 1 О. Лампаснабжена октальным цоколем 1,Для получения излучения лампу подключают фиг, 2) через балластныерезисторы йи й к источнику 12 питания, а также к источнику 13 питания накала катода. После поджига .разряда между промежуточным электродом(ПЭ) и катодом прикладывает дополнительное поле в направлении, перпендикулярном по отношению к полю,осуществляющему поджиг разряда, путемподключения ПЭ к минусу источника питания. Подключение осуществляется переключателем 14. Сопротивление (й == Й + й) является балластным и служит необходимым элементом питания любых газоразрядных устройств, к которым предъявляются требования устойчивости горения разряда. Сопротивле.5 91723 9 6ионный ток. При уменьшении Цг ионный ток в цепи ПЭ увеличивается .При некотором предельном значении величины Оэ 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 ука"зывалось, необходимое рабочее значение Уэ достигается выбором соотношения сопротивлений йи ВПри непосредственном замыкании ПЭ6 катодом, когда К0 и, следовательно, Овщ О, выигрыщ в яркостисоставляет 253. При дальнейшем увеличении гю абсолютной величине 1 -Ц 51 .яркость продолжает расти и при К == О,И составляет 137 от яркостилампы при Опз= 0. 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. Присоединении ЙЗ с катодом КПД возрас.1 тает на й по сравнению с КПД лампыпри разомкнутом переключателе Й.ПриВ = 0,1 Й выигрыш в КПД составляет6 ф,Применение предлагаемого сгюсобаполучения излучения и устройства дляего реализации позволяет увелицитьяркость газоразрядных источников света, а при данной величине яркости излучения сэкономить электроэнергию,обеспечить работу катода капиллярнодуговой лампы в более легком тепловомрежиме, гюскольку увеличение яркости;происходит при меньшем токе эмиссиис катода, цто увеличивает ресурс егоработы. Следует отметить, что в рядеразработанных в настоящее время типовспектральных ламп например ДНУЯресурс работы катода в значительнойстепени определяет долговечность лампы. ние резистора Й должно быть многоменьше сопротивления резистора Й,поскольку при достаточно большой величине Й (а следовательно и абсолютной величине отрицательного потенциала ПЭ)вознисает переброс раэ;ряда с катода на ПЭ, при этом токразряда начинает течь по цепи: плюсисточника, анод ПЭ, минус источника,В настоящих экспериментах В=900 Ом, 10а К 1 можно менять от 0 до 100 Ом.Эксперименты, проведенные с несколькими образцами .ламп указанных конструкций показывают,что стабильностьяркости излучения при разомкнутом и Изамкнутом переключателе 14 и прий 0,1 йне меняется. После поджигаразряда в лампе переключатель 14разомкнут) в месте сужения разрядного промежутка возникает скачок потен урциала, связанный с образованием,двой" ного электростатического слоя. Су" ществование двойного слоя прйводит к образованию быстрых электронов с энергиями в несколько десятков эле" ктрон-.вольт(эВ), движущихся внутрикапилляра по направлению к аноду,Этот факт экспериментально установлен путем измерения функции распре"деления электронов по энергиям зондовым методом. Наличие избытка быстрых электронов по сравнению с макс-велловской функцией распределенияприводит к увеличению числа воэбуж-. дений атомов и молекул прямым электронным ударом, а связи с чем яркостьизлучения возрастает, Однако вследствие амбиполярной диффузии частьнаиболее быстрых электронов гибнет 35 на стенках капилляра. Если между плаз"в Технико-экономическая эффективность 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 ЛДД)дИ = (, -).р) Р,иВ, где ЬИ - сэкономленное количествоэлектроэнергии в год, квт ч; мой и ограничивающей плазму проводя" щей поверхностью прикладывать допол" . нительное поле, тормозящее электро" ны, то большая часть быстрых электронов, имеющих составляющую скорости в направлении к стенке капилляра, возвращается в плазму. При этом ме" ханизм 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 укаэанного55 дополнительного поля потенциал ПЭ становится меньше плавающего потенциала ПЭ (И,), в цепи ПЭ протекает7 9172и 1 - КПД лампы в предлагаемойсхеме и при отключенномУ ПЭ соответственно, Ф;С - среднее сремя наработкилампы за день, ч; 5и - число рабочих дней в году;Р - номинальная мощность лампы ЛДД, Вт;И - чмсяо ламп, выпускаемых вгод; 1 ОЬМ - 106-100 50 7 2 бО 100000== 5,510 ф кВт.а.При вычислении приняты следующие численные значения указанных величин: С = 7 ч, П260 рабочих дней, Рш = 15 = 50 Вт, И = 108 000 шт/год,= 100, , = 106.Таким образом, кроме экономии электроэнергии, что является важным в настоящее время, денежная стоимость 20 сэкономленной электроэнергии из расчета 0,02 руб. за 1 квт ч составляет П ьМ 0,02 11 000 руб, в год,25Формула изобретения1. Способ получения излучения в газовом разряде, состоящий в том, что в газе создают электрическое по. зо ле для зажигания разряда между катодом и анодом, на части пространства между катодом и анодом создают дополнительное электрическое поле, перпендикулярное основному, путем пода- З 5 чи электрического потенциала на промежуточный электрод, установленный между катодом и анодом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 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 Й, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что между положительным полюсом источника питания и анодом включен резистор Й, 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 Й и Й составляет Й/Й = 10.Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Зайдель А.Н, и Шрейдер .Я. Вакуумная спектроскопия и ее применение. "Наука", 197 Ь, с. 43-44.2 Патент США й 385549 1 кл, 313-193, 197"ф917239Составитель В,Горчакова Редактор А.Лежнина Техред М. Надь Корректор Г,ОгарЕ М В Ф Заказ 1896/71Тираж 758 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауаская наб д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,