Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=162 Дата изменения: Fri May 5 15:26:02 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:39:59 2012 Кодировка: koi8-r

Исследование характеристик разряда "анодное свечение".

Неверчик А.С. и Слободчиков И.С. 11кл. Лицей N1 г.Петрозаводск



Введение

Прохождение электрического тока через газовую среду, сопровождающееся
изменением состояния газа, называется газовым разрядом. Существует
множество условий, определяющих исходное состояние газа (состав, давление и
т.д. ). Кроме того, имеют значение внешнее воздействие на газ, расположение
электродов и конфигурация возникающего электрического поля. В связи с этим
существует большое количество видов электрических разрядов в газах,
причём, законы, которым они подчиняются, сложнее, чем законы прохождения
электрического тока в металлах и электролитах.
Электрический разряд в газах возникает только при наличии поля,
вызывающего ионизацию, и во всех случаях в формировании разряда особое
значение имеют призлектродные процессы у катода и анода.[1,2,4]


Анодная часть разряда является переходной областью между плазмой
положительного столба и металлом анода. В пределах области анода
происходит переход от условий в положительном столбе, в котором ионы
движутся к катоду, к условиям у анода, где ток переносится только
электронами.
Так как ток на анод состоит исключительно из электронов (анод не
эмитирует ионы), то вблизи анода имеется отрицательный пространственный
заряд. Для того, чтобы было обеспечено поступление на анод тока, равного
разрядному току, необходимо, чтобы отрицательный объёмный заряд был
нейтрализован присутствием ионов.

В разряде с анодом небольшой площади в этой области возникает
сильное электрическое поле, оттягивающее ионы от анода.. При такой же, как
в столбе, скорости образования ионов отрицательный объёмный заряд не может
быть скомпенсирован. Устанавливается положительное анодное падение такой
величины, что ускоренные на его протяжении электроны производят
дополнительную ионизацию, поставляющую необходимое количество ионов.

Электроны, проходя область положительного анодного падения, в
определенном участке приобретают энергию, при которой велика вероятность
возбуждения, что вызывает образование анодного свечения.



Постановка задачи

Сконструировать экспериментальную разрядную трубку для создания
разряда "анодное свечение" и провести исследование характеристик данного
типа разряда, определяющих возможности его применения.










Эксперимент


Цель данной работы состояла в конструировании экспериментальной
разрядной трубки для создания разряда "анодное свечение" и проведении
исследования характеристик данного типа разряда.

В качестве газоразрядного объёма была использована герметичная
стеклянная трубка. Она представляла собой кварцевый цилиндр, в который с
торцов помещались катод и анод. Трубка с помощью крана соединялась с
вакуумной системой экспериментальной установки (рис.1).
На рисунке 2 приведена фотография экспериментальной трубки.


Рис.1 Схема экспериментальной установки Рис.2
Фотография разрядной трубки

В качестве анода использовалась вольфрамовая игла с малым радиусом
кривизны для локализации анодного свечения на её кончике. Игла затачивалась
электрохимическим способом (рис.3). Диаметр анода равнялся 1.5 мм, диаметр
заострённой части - 0.05 мм.

[pic]

Рис.3 Фотография острийного анода,
выполненная через микроскоп



Разрядная трубка откачивалась с помощью форвакуумного насоса до давления
10-2 Торр.
Затем в трубку запускался гелий при давлении около 100 Торр и зажигался
разряд.
Электрическая схема приведена на рис.4, на рис.5 показана вольтамперная
характеристика. Пробой промежутка происходит при напряжении 1000 В, разряд
устойчиво горит при токах 1-30 mA, напряжение горения разряда составляет
300 В.




Рис.4 Электрическая схема установки Рис.5 Вольтамперная
характеристика разряда






Фотография разряда «анодное свечение» представлена на рис.6.


Рис.6 Фотография разряда «анодное свечение»

Разряд характеризуется двумя областями: 1) верхней - катодное
свечение, которое занимает для данных условий разряда часть поверхности
катода; 2) нижней - анодное свечение, которое представляет собой ярко
светящееся микроплазменное образование с диаметром, равным десятым долям
миллиметра.


Для исследования характеристик разряда проводилось фотографирование
свечения при давлениях 30, 150 и 600 Торр и токах разряда 5, 15, 30 mA.



I = 5 mA I = 15 mA
I = 30 mA

Рис.7 Фотографии разряда при давлении гелия 30 Торр и токах 5, 15, 30 mA.

Снимки сканировались на компьютере, затем с помощью программы Adobe
Photoshop измерялся диаметр микроплазменного образования.

На рис. 8, 9 показаны зависимости размеров области анодного свечения от
тока разряда и давления.




Рис.8 Зависимость диаметра микроплазменного Рис.9 Зависимость диаметра
микроплазменного образования от тока разряда.
образования от давления при I=15 mA


Полученные результаты показывают, что размеры микроплазменного
образования увеличиваются с ростом тока и давления гелия.







Оценим объём области анодного свечения.
Наблюдения показали, что форма свечения близка к сферической, поэтому объём
рассчитывался по формуле: V = (4/3)*(*r3 , где r - радиус микроплазменного
образования.
При r равном 0.2мм, V составляет 3.3*10-5 см3.
При токе разряда 15mA и напряжении горения 300 В, мощность, выделяемая в
разряде, равна 4.5 Вт (P=I*U).
Если считать, что мощность, выделяемая в анодной области, составляет 1.5
Вт, то плотность мощности, вкладываемая в микроплазменное образование равна
4.5*104 Вт/см3 (q = P/V). Такие величины плотности и обеспечивают высокую
яркость анодного свечения.



Заключение


В ходе выполнения данной работы был сконструирован, изготовлен и
испытан экспериментальный прибор, позволяющий осуществить разряд «анодное
свечение».
Эксперименты, проведённые с прибором, показали, что микроплазменное
образование, получаемое на конце заострённого анода, обладает рядом
уникальных характеристик (малый размер области свечения, высокая яркость),
которые обусловлены высокой плотностью мощности, вкладываемой в область
анодного свечения.
Возможно применение разряда в индикаторных ячейках плазменных экранов
и в качестве точечного источника когерентного излучения[3,5]. В дальнейшем
планируются регистрация спектров излучения для определения фотометрических
характеристик и измерение интенсивности излучения.




Список литературы

1) Грановский В.Л. , Электрический ток в газе. Установившийся ток.
«Наука»,М. 1971
2) Райзер Ю.П., Физика газового разряда, «Наука», М. 1987
3) Энциклопедический словарь, Электроника, «Советская энциклопедия», М.
1991
4) Гапонов В.И., Электроника, часть 1, «Государственное Издательство
физико-математической литературы», М. 1960
5) Ёркин А.М., Лампы с холодным катодом.,"Энергия", М., 1982.96с.
-----------------------
[pic]

[pic]

[pic]