Институт Теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН
(ИТ СО РАН)

Россия, 630090, г. Новосибирск – 90 пр. Лаврентьева 1
Лаборатория радиационного теплообмена
Ответственный исполнитель Уланов Игорь Максимович
Телефон: 8-(3832)-307261
Факс: 8-(3832)-308480
E-mail: konst@itp.nsc.ru

1. Влияние продольного магнитного поля на излучение тлеющего разряда в гелии

Исследованиям излучения газового разряда посвящено множество работ, результаты которых отражены в монографиях [1–2], где в основном теоретически и экспериментально исследовалось излучение положительного столба разряда и внутренние процессы в столбе, влияющие на возбуждение и излучение атомов газа.

Воздействие внешних факторов на излучение плазмы тлеющего разряда, например, таких, как внешнее продольное магнитное поле исследовано недостаточно. Поэтому целью данной работы является изучение влияния продольного магнитного на излучение плазмы тлеющего разряда.

В ранее опубликованных статьях о взаимодействии тлеющих разрядов с продольным магнитным полем исследовались в основном электрические характеристики разряда. Полученные результаты рассмотрены и описаны в монографии [1].

Целью же нашей работы являлось изучение влияния продольного магнитного поля на оптические характеристики (полное излучение и излучение отдельных спектральных линий) тлеющего разряда низкого давления. В основном измерения проводились в области отрицательного свечения и темного фарадеевого пространства.

Для проведения опытов была создана экспериментальная установка, которая описана в работе [3].

Во время экспериментов ток разряда и давление в разрядной камере поддерживались постоянными и составляли 11 мА и 140 Па. Исследовались электрические и оптические характеристики разряда.

При исследовании электрических характеристик измерялись: ток разряда, напряжение между анодом и катодом, температура электронов двухзондовым методом в области наложения магнитного поля, напряженность электрического поля в этой области и оптические характеристики разряда: общая интенсивность свечения разряда, интенсивность свечения отдельных линий, интенсивность непрерывного рекомбинационного спектра в зависимости от величины индукции внешнего продольного магнитного поля.

При зондовых измерениях было показано, что в области отрицательного свечения и темного фарадеева пространства электрическое поле отсутствует, как в случае разряда в магнитном поле, так и без магнитного поля.

Результаты измерений температуры электронов в зависимости от величины индукции магнитного поля приведены на рис. 1. Как видно температура электронов и имеет максимум при величине индукции магнитного поля 0.02 Т.

Оптические характеристики разряда в He представлены на рис 2. На этом рисунке показана относительная интенсивность восьми спектральных линий и непрерывного спектра гелия в зависимости от индукции магнитного поля. Как видно из рис. 2 интенсивность некоторых линий возрастает на два порядка величины. Такая же картина наблюдается и для непрерывного спектра.

Столь необычное поведение разряда объясняется тем, что основной причиной влияния продольного магнитного поля на разряд является ослабление диффузии заряженных частиц на стенку под действием магнитного поля. Это приводит к изменению электрического баланса носителей заряда и, как следствие, к изменению электрических и оптических характеристик разряда.

Уменьшение потерь заряженных частиц на стенку за счет снижения коэффициента амбиполярной диффузии приводит к увеличению концентрации электронов в сжатом шнуре разряда. При этом, по-видимому, искажается функция распределения электронов по скоростям, за счет чего резко возрастает общая светимость сжатого разряда и интенсивность отдельных спектральных линий.

По мнению авторов, возможной причиной этого эффекта является резкое усиление ступенчатого возбуждения через промежуточные долгоживущие метастабильные состояния 2³S₁, 2¹S₀ при возрастании температуры электронов (рис. 1).

Причину увеличения интенсивности непрерывного спектра при действии на разряд внешнего магнитного поля пока трудно объяснить. Оценки интенсивности непрерывного спектра по данным работы [4], с учетом того, что полученные нами из зондовых измерений плотность и температура электронов возрастает примерно в три раза, показывают, что интенсивность непрерывного спектра должна возрастает всего в три раза.

Список литературы

1. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. М.: Наука, 1971. с. 543.

2. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992. с. 536.

3. Уланов И.М., Литвинцев А.Ю. Влияние продольного магнитного поля на излучение тлеющего разряда в гелии // ТВТ. 2005. Т. 43. №3. С. 1

4. Aldrovandi S.M., Pequinot D. Radioactive and Dielectronic Recombination Coefficients for Complex Ions //Astron. Astrophys. V. 25. № 1. 1973. P. 137.

Примечание: более подробную информацию по данной работе вы можете найти в следующих статьях:

Уланов И.М., Литвинцев А.Ю Экспериментальные исследования влияния продольного магнитного поля на катодные части тлеющего разряда в гелии // ЖТФ. 2004. Т.74. вып. 9. С. 32

Уланов И.М., Литвинцев А.Ю. Влияние продольного магнитного поля на излучение тлеющего разряда в гелии // ТВТ. 2005. Т. 43. №3. С. 1      

2. Исследование электрических и оптических характеристик индукционного разряда трансформаторного типа

Исследование было посвящено определению максимального выхода УФ-излучения резонансной линии ртути 254 нм, в зависимости от различных параметров разряда: давление паров ртути, плотность тока, температура кварцевой колбы, напряженность электрического поля и т. д.

На основе этого исследования была создана индукционная ультрафиолетовая лампа мощностью 200 Вт. Основное достоинство этой лампы является большой ресурс работы – более 60 тыс. часов, что в 6÷8 раз превышает ресурс обычных электродных УФ – ламп, ввиду отсутствия электродов.

В качестве наполнения применялась амальгама ртути, что позволило при достаточно небольших размерах лампы увеличить ее мощность. Отсутствие электродов дало возможность снизить давление буферного газа, что привело к увеличению КПД лампы. Выход УФ – излучения в резонансную линию ртути 254 нм составил 45% от подводимой к разряду  электрической мощности.

На основе созданной индукционной лампы разработана и изготовлена экспериментальная установка для УФ – обеззараживания воды, производительностью 10÷20 м³/час, в зависимости от прозрачности воды для УФ-излучения. На фотографии представлена индукционная лампа и установка по УФ – обеззараживанию воды.

В настоящее время результаты исследования готовятся к печати.

Установка для обеззараживания воды

Важнейшие результаты Лаборатории радиационного теплообмена в 2004 г.: Исследовано влияния продольного магнитного поля на излучение тлеющего разряда в гелии. Показано, что магнитное поле наложенное на область отрицательного свечения и темного фарадеева пространства вызывает сильное увеличение светимости спектральных линий и непрерывного спектра (в 200-300 раз). Сделана попытка объяснить полученные результаты.

Исследован выход УФ излучения резонансной линии ртути 254 нм от параметров индукционного разряда трансформаторного типа. Показано, что при определенной плотности тока и давлении паров ртути резонансная линия излучает до 50% от вложенной в разряд электрической мощности. На основе этих исследований создан экспериментальный образец индукционной УФ-лампы мощностью 200 Вт, с ресурсом работы, превышающим в 6-8 раз ресурс существующих электродных ламп, и экспериментальный образец установки по УФ-обеззараживанию воды, производительностью 20 м³/час.