SU868888A1 - Газоразр дный источник света - Google Patents

Description

(54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА

1

I Изобретение относитс  к светотехнике и может быть использовано в качестве газоразр дного источника света непрерывного излучени  дл  бытового , производственного и общественного освещени .

Известны устройства газоразр дных источников света, в которых световой поток образуетс  излучением газоразр дной плазмы, котора  соз:даетс  в результате прохождени  электричес.кого тока через газы или пары металлов . Газоразр дные источники света та ких устройств состо т из прозрачной вакуумной кг1меры цилиндрической,шаровой или пр моугольной форгфа с впа ннЕ 1ми анодами и катодами. В большинстве случаев областью из.пучени   вл етс  плазма положительного столба , который представл ет собой наибольшую свет щуюс  зону тлеющего разр да. Основной вклад в излучение плазмы этой зоны разр да вносит резонансное излучение, возникающее за счет возбуждени  нейтральных ато-. МОЕ газа под действием электронов 1, 2 и,Гз.

Однако интенсивность излучени  положительного столба недостаточна .из-з  малой концентрации зар доносителей п, что обусловлено слабыми ионизационнЕлми процессами вследствие невысокой средней энергии электронов и амбипол рной диффузией зар доносителей на ограничивающие стенки разр дной камеры. В результате в положительном столбе интенсивность излучени  невелика, а светова  отдача не превышает 7%.

10 Из-за малого интервала длин волн в спектре излучени  данной плазмы цветопередача сильно отличаетс  от спектра дневного света.

Наиболее близким к предлагаемому

15  вл етс  источник света, где используетс  увеличенна  зона интенсивного катодного свечени . Цилиндрическа  вакуумна  камера этого источника с коаксиально расположенными

20 электродами заполн етс  рабочим газом до давлений, соответствующих тлеющему разр ду. Электроды выполнены штыревыми, причем аноды расположены по образующей внутреннего

25 цилиндра, а катоды - по образующей внешнего цилиндра 4.

Но данный источник света может работать только на стабилизированном источнике посто нного напр жени . При смене ролей у анода и катода в

30 устройстве образуетс  плазма небрльiijc:fro объема, а интенсивность ее излучени  резко падает. Кроме того, рабочие электроды имеют прот женность по всей длине разр дной камеры к занимают значительный объем. В результате этого, данный источник свет работает с недостаточной эффективностью и совсем не может работать на промышленном напр жении. Цель изобретени  - повышение эффективности газоразр дного источника света, КПД и расширение эксплуатационных возможностей. Указанна  цель достигаетс  тем, что в газоразр дном источнике света, содержащем вакуумную камеру из прозрачного материала, наполненную рабочим газом до давлений тлеющего разр да, электроды смонтированы у од ного из торцов разр дной камеры,.причем анод выполнен в виде двух пласти чатых спиралеобразных электродов, расположенный соосно и в одной плоскости , а катод - из плоской проволоч ной спирали, соосной с анодом и отсто щей от него на рассто нии, равном половине темного катодного прост ранства тлеющего разр да. На фиг. 1 изображен источник свет с электрической схемой, продольный разрез; на фиг. 2 - аноды, поперечны разрез; на фиг. 3 - катод, поперечный разрез. В цилиндрической камере 1 непоср ственно у одной из ее торцовых стено соосно и в одной плоскости располож ны два спиралеобразных пластинчатых анода 2 и 3 с малым шагом между вит ками. На небольшом-рассто нии от анодов 2 и 3 соосно размещен катод виде проволочной спирали 4, прозрач ность которой составл ет 70%. Все свободное пространство разр дного устройства, расположенное справа электродной системы, при зажигании разр да заполн етс  плазмой катодно свечени  5. С целью исключени  стро боскопического эффекта в электричес кую цепь источника включен дроссель Один из вариантов предлагаемого источника света, в котором проводились экспериментальные исследовани  представл ет собой цилиндрическую вакуумную хамеру из стекла диаметром 7,6- и длиной 0,48 м. Диаметр электродов был не более 6,8 Ю м. Витки пластинчатых анодов 2 и 3 по ширине составл ли 4 мм., а шаг между ними 2 мм. Катодна  спираль 4 имела шаг между витками не более 4 мм.Рассто ние d между анодами и катодом подбирались таким образом, что .созд вались односторонние относительно катода 4 услови  затрудненного раз р да, т.е. , где pd - ведение давлени  наполн емого газа на данное рассто ние; р,, - давление газа в 1 торр; d, - толщина темного катодного пространства при р . Еще большие затрудненные услов.и  созданы дл  возникновени  разр да между анодами 2 и 3 при подаче на них переменного напр жени . Рассто ние 6 между ними так мало, что при рабочем давлении наполн емого газа в данном устройстве t во много раз меньше средней длины свободного пробега электрона Xg, т.е. е Хе Кроме того, дополнительным преп тствием дл  возникновени  разр да между анодами 2 и 3  вл ютс  нагрузочные сопротивлени  7 и 8. При включении промышленного переменного напр жени  через трансформатор в устройстве зажигаетс  короткий тлеющий разр д, в котором разр дные области локализуютс  справа от рабочих электродов. Слева (до анодов ) и справа от спирального катода 4 устанавливаетс  единственное в разр де темное пространство. За ним -располагаетс  прот женное  ркое катодное свечение 5, заполн ющее все свободное пространство разр дной камеры 1. При небольшой аномальности разр да и р 0,15 торр неона в разр дном устройстве устанавливаетс  ток I и переменное напр жение U 360 В, Плазма катодного свечени  5 имеет форму  рко свет щегос  столба, диаметр которого равен диаметру спирального катода 4, а длина достигает нескольких дес тков сантиметров. Электродна  система занимает по длине всего 20 мм. С увеличением аномальности разр да растут  ркость и длина плазменного столба . С большой поверхности этого столба испускаетс  интенсивное излучение . Образование плазмы катодного свечени  5 больших размеров в данном источнике света, работающем на переменном напр жении, происходит за счет использовани  условий затрудненного разр да и выпр мл ющего действи  электродной системы. Согласно электрической схеме устройства (фиг.1) в первый полупериод приложенного переменного напр жени  наибольший потенциал будет на аноде 2. При указанной геометрии разр дного промежутка и подобранном давлении наполн емого газа короткий тлеющий разр д установитс  между анодом -2 и катодом 4. В этом случае электроны из разр дных зон поступают на анод 2 (анод 3 находитс  под отрицательным потенциалом), а положительные ионы направл ютс  на спиральный катод 4, где создают вторичную электронную эмиссию (-у-процессы) Дл  ограничени  разр дного тока в цепи анода 1 имеетс  балластное сопротивление 7. Во втором полупериоде

разр д будет между анодом 3 и католом 4 (на аноде 2 отрицательный по .енциал). Вследствие того, что анод i совмещен в пространстве с анодом 2, разр дные зоны не мен ют своего местоположени . По той же причине направленное движение зар доносителей не мен етс . Ограничение разр дного тока в этом полупериоде выполн ет сопротивление 7.

В результате того, что в предлага мом изобретении расположение электродов  вл етс  односторонним,электрическое поле разр дного промежутка  вл етс  характерным. Согласно проведенным зондовым исследовани м это поле имеет следующую структуру. Против витков катода 4 в направлении катодного свечени  напр женность электрического пол  спадает от больших значений до нул . Против просвета между витками напр женность примерно той же величины, но направлена обратно. Электроны, образованные -процессами быстро набирают большую кинетическую энергию под действием сильного электрического пол  в направлении катодного свечени . Эту энергию они полностью расходуют на ионизацию и возбуждение нейтральных атомов газа. Часть электронов,образованных в объемной ионизации, наб ра  энергию, сама производит акты ионизации. В результате такой двухсторонней ионизации в разр дных зонах возникает значительна  концентраци  зар доносителей (ng см) . Больша  плотность электронов и ионов обуславливает в плазме катодного свечени  интенсивные рекомбинационные процессы. Вследствие этого плазма катодного свечени  кроме резонансного испускает еще и интенсивное рекомбинационное излучение.

В итоге, при сравнении со спектро известного излучени  плазмы спектр предлагаемого источника света более насыщен интенсивными спектральными . лини ми, особенно в коротковолновой части. В св зи с тем, что-плазма катодного свечени  свободна от электродной системы, ее удельный объем в 12 раз больше, чем в известном устройстве . В электрическую схему данного устройства включен дроссель, что исключает возможность по влени  стробоскопического эффекта, в то врем  как имеющиес  источники .света на переменном напр жении не лишены

этого недостатка. Кроме того, в данном источнике света может с успехом использоватьс  большое разнообразие форм разр дной камеры: короткий цилиндр с большим диаметром, длинный цилиндр , конус, груша (как обычна  лампа накаливани ).

Таким образом, предлагаемый газоразр дный источник света, работающий на переменном напр жении, с односторонним расположением электродов,

О обладающий интенсивным излучением плазмы катодного свечени  больших размеров, имеет р д предпочтительных характеристик и более высокий КПД по сравнению с известным и дру5 гими газоразр дными источниками света , работающими врежиме тлеющего разр да.

Предлагаемый источник света с ука- занньми свойствами может найти ши0 рокое и эффективное применение в различных област х светотехники.

Claims (4)

1.Иванов А.П. Электрические источники света, Госэкергоиздат,1955, с. 153.

0

2.Авторское свидетельство СССР № 415752, кл. Н 01 J 61/06, 1974.

3.Патент США I 3546521, кл. 313-192, 1970.

4.Авторское свидетельство СССР

5 599296, кл. Н 01 J 61/64, 1978.