Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света
Выполнено самосогласованное моделирование импульсно-периодического разряда высокого давления в цезии. Исследованы механизмы теплообмена в плазме, формирование профилей температуры и спектр излучения разряда. Показано, что основным механизмом переноса энергии является нелокальный теплообмен, обусловл...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут газу НАН України
2012
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127133 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света / Ф.Г. Бакшт, В.Ф. Лапшин // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 5. — С. 9-14. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127133 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бакшт, Ф.Г. Лапшин, В.Ф. 2017-12-10T16:40:09Z 2017-12-10T16:40:09Z 2012 Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света / Ф.Г. Бакшт, В.Ф. Лапшин // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 5. — С. 9-14. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0235-3482 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127133 537.52 Выполнено самосогласованное моделирование импульсно-периодического разряда высокого давления в цезии. Исследованы механизмы теплообмена в плазме, формирование профилей температуры и спектр излучения разряда. Показано, что основным механизмом переноса энергии является нелокальный теплообмен, обусловленный частичной реабсорбцией интенсивного рекомбинационного излучения. В широком диапазоне параметров исследованный разряд является эффективным источником света с непрерывным спектром рекомбинационного излучения, который в видимой области близок к планковскому. Спектр формируется за счет ярких фоторекомбинационных 6P и 5D континуумов цезия, пороги которых существенно сдвинуты в длинноволновую область. Электрическая энергия, вкладываемая в разряд, практически целиком излучается. Индекс цветопередачи видимого излучения достигает практически предельного значения Ra = 99. Виконано самоузгоджене моделювання імпульсно-періодичного розряду високого тиску у цезії. Досліджено механізми теплообміну у плазмі, формування профілів температури та спектр випромінювання розряду. Показано, що основним механізмом переносу енергії є нелокальний теплообмін, зумовлений частковою реабсорбцією інтенсивного рекомбінаційного випромінювання. У широкому діапазоні параметрів досліджений розряд є ефективним джерелом світла з неперервним спектром рекомбінаційного випромінювання, який у видимій області близький до планківського. Спектр форму ється за рахунок яскравих фоторекомбінаційних 6P и 5D континуумів цезія, пороги яких істотно ссунуті у довгохвильову область. Електрична енергія, що вкладається у розряд, практично цілком випромінюється. Індекс кольоропередачи видимого випром інювання досягає практично граничного значення Ra = 99. Self-consistent simulation of pulse-periodic high-pressure cesium discharge is carried out. The mechanisms of heat exchange in plasma, formation of temperature profiles and radiation spectrum of discharge are investigated. It is displayed that the main mechanism of heat exchange in discharge is intensive non-local heat transfer caused by partial reabsorbtion of intensive recombination radiation. In a wide range of parameters the investigated discharge is an effective light source with a continuous recombination spectrum of radiation which in visible region is close to black body spectrum. The spectrum is formed by bright photorecombination 61P and 5D cesium which thresholds are essentially shifted to long waves region. The electric energy put into discharge is practically completely radiated. The color rendering index of visible radiation reaches practically maximum value of Ra = 99. ru Інститут газу НАН України Энерготехнологии и ресурсосбережение Материалы Международной научно-технической конференции «Энергоэффективность-2012» Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света Імпульсно-періодичний разряд у цезії як ефективне джерело світла Pulse-Periodic Cesium Discharge as Efficient Light Source Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| spellingShingle |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света Бакшт, Ф.Г. Лапшин, В.Ф. Материалы Международной научно-технической конференции «Энергоэффективность-2012» |
| title_short |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| title_full |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| title_fullStr |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| title_full_unstemmed |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| title_sort |
импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света |
| author |
Бакшт, Ф.Г. Лапшин, В.Ф. |
| author_facet |
Бакшт, Ф.Г. Лапшин, В.Ф. |
| topic |
Материалы Международной научно-технической конференции «Энергоэффективность-2012» |
| topic_facet |
Материалы Международной научно-технической конференции «Энергоэффективность-2012» |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Імпульсно-періодичний разряд у цезії як ефективне джерело світла Pulse-Periodic Cesium Discharge as Efficient Light Source |
| description |
Выполнено самосогласованное моделирование импульсно-периодического разряда высокого давления в цезии. Исследованы механизмы теплообмена в плазме, формирование профилей температуры и спектр излучения разряда. Показано, что основным механизмом переноса энергии является нелокальный теплообмен, обусловленный частичной реабсорбцией интенсивного рекомбинационного излучения. В широком диапазоне параметров исследованный разряд является эффективным источником света с непрерывным спектром рекомбинационного излучения, который в видимой области близок к планковскому. Спектр формируется за счет ярких фоторекомбинационных 6P и 5D континуумов цезия, пороги которых существенно сдвинуты в длинноволновую область. Электрическая энергия, вкладываемая в разряд, практически целиком излучается. Индекс цветопередачи видимого излучения достигает практически предельного значения Ra = 99.
Виконано самоузгоджене моделювання імпульсно-періодичного розряду високого тиску у цезії. Досліджено механізми теплообміну у плазмі, формування профілів температури та спектр випромінювання розряду. Показано, що основним механізмом переносу енергії є нелокальний теплообмін, зумовлений частковою реабсорбцією інтенсивного рекомбінаційного випромінювання. У широкому діапазоні параметрів досліджений розряд є ефективним джерелом світла з неперервним спектром рекомбінаційного випромінювання, який у видимій області близький до планківського. Спектр форму ється за рахунок яскравих фоторекомбінаційних 6P и 5D континуумів цезія, пороги яких істотно ссунуті у довгохвильову область. Електрична енергія, що вкладається у розряд, практично цілком випромінюється. Індекс кольоропередачи видимого випром інювання досягає практично граничного значення Ra = 99.
Self-consistent simulation of pulse-periodic high-pressure cesium discharge is carried out. The mechanisms of heat exchange in plasma, formation of temperature profiles and radiation spectrum of discharge are investigated. It is displayed that the main mechanism of heat exchange in discharge is intensive non-local heat transfer caused by partial reabsorbtion of intensive recombination radiation. In a wide range of parameters the investigated discharge is an effective light source with a continuous recombination spectrum of radiation which in visible region is close to black body spectrum. The spectrum is formed by bright photorecombination 61P and 5D cesium which thresholds are essentially shifted to long waves region. The electric energy put into discharge is practically completely radiated. The color rendering index of visible radiation reaches practically maximum value of Ra = 99.
|
| issn |
0235-3482 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127133 |
| citation_txt |
Импульсно-периодический разряд в цезии как эффективный источник света / Ф.Г. Бакшт, В.Ф. Лапшин // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2012. — № 5. — С. 9-14. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bakštfg impulʹsnoperiodičeskiirazrâdvceziikakéffektivnyiistočniksveta AT lapšinvf impulʹsnoperiodičeskiirazrâdvceziikakéffektivnyiistočniksveta AT bakštfg ímpulʹsnoperíodičniirazrâducezííâkefektivnedžerelosvítla AT lapšinvf ímpulʹsnoperíodičniirazrâducezííâkefektivnedžerelosvítla AT bakštfg pulseperiodiccesiumdischargeasefficientlightsource AT lapšinvf pulseperiodiccesiumdischargeasefficientlightsource |
| first_indexed |
2025-11-27T07:11:39Z |
| last_indexed |
2025-11-27T07:11:39Z |
| _version_ |
1850806175732334592 |
| fulltext |
 òå÷åíèå äëèòåëüíîãî âðåìåíè ïðåäïðèíè-
ìàþòñÿ ïîïûòêè èñïîëüçîâàòü ïóëüñèðóþùèé
ðåæèì ïèòàíèÿ äëÿ óëó÷øåíèÿ ñâåòîòåõíè÷å-
ñêèõ õàðàêòåðèñòèê ðàçðÿäíûõ èñòî÷íèêîâ ñâå-
òà. Â ðåçóëüòàòå ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé áû-
ëî ïîêàçàíî, ÷òî îñíîâíîå ïðåèìóùåñòâî ïóëü-
ñèðóþùåãî ðåæèìà ïèòàíèÿ çàêëþ÷àåòñÿ â âîç-
ìîæíîñòè ñîçäàíèÿ ïëàçìû ñóùåñòâåííî áîëü-
øèõ êîíöåíòðàöèè è òåìïåðàòóðû, ÷åì â ñòà-
öèîíàðíîé äóãå òàêîé æå ìîùíîñòè [1–5]. Ýòî
çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåò ñâåòîâûå ïîòîêè èç
ïëàçìû ðàçðÿäà è óëó÷øàåò êà÷åñòâî öâåòîïåðå-
äà÷è èñòî÷íèêà ñâåòà íà åãî îñíîâå. Äðóãèì
âàæíûì ïðåèìóùåñòâîì ïóëüñèðóþùåãî ðåæè-
ìà ïèòàíèÿ â ñðàâíåíèè ñî ñòàöèîíàðíîé äóãîé
ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå äîïîëíèòåëüíûõ ïàðàìåòðîâ:
ïðîäîëæèòåëüíîñòè è ñêâàæíîñòè èìïóëüñîâ
òîêà. Èñïîëüçîâàíèå ýòèõ ïàðàìåòðîâ îáëåã÷àåò
îïòèìèçàöèþ ðàçðÿäà, ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü òåï-
ëîâûì ðåæèìîì ãîðåëêè è ñíèæàåò òðåáîâàíèÿ,
ïðåäúÿâëÿåìûå ê áóôåðíîìó ãàçó: åãî ðîëü ñâî-
äèòñÿ â îñíîâíîì ê îáåñïå÷åíèþ ïåðâîíà÷àëü-
íîãî ïðîáîÿ ãàçîðàçðÿäíîãî ïðîìåæóòêà. Ñóùå-
ñòâåííî òàêæå òî, ÷òî àòîìû öåçèÿ îáëàäàþò
ìàëîé ïîäâèæíîñòüþ. Âñå ýòî ïîçâîëÿåò îòêà-
çàòüñÿ îò èñïîëüçîâàíèÿ ðòóòè â èñòî÷íèêàõ
ñâåòà ñ ïóëüñèðóþùèì ðåæèìîì ïèòàíèÿ. Äî
íàñòîÿùåãî âðåìåíè â èñòî÷íèêàõ ñâåòà èñïîëü-
çîâàëîñü òîëüêî ëèíåé÷àòîå èçëó÷åíèå ïàðîâ
ìåòàëëîâ [6].
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìàòðèâàåòñÿ èì-
ïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêèé ðàçðÿä (ÈÏÐ) âûñîêî-
ãî äàâëåíèÿ â öåçèè, ÿâëÿþùèéñÿ ýôôåêòèâ-
íûì èñòî÷íèêîì ñâåòà ñ ðåêîìáèíàöèîííûì ìå-
õàíèçìîì èçëó÷åíèÿ. Èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåí-
íûå â ðàáîòàõ [7–10], ïîêàçàëè, ÷òî â ñïåêòðå
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5 9
ÓÄÊ 537.52
Áàêøò Ô.Ã.1, Ëàïøèí Â.Ô.1,2
1 Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò èì. À.Ô.Èîôôå ÐÀÍ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, ÐÔ
2 Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò ïóòåé ñîîáùåíèÿ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, ÐÔ
Èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêèé ðàçðÿä â öåçèè
êàê ýôôåêòèâíûé èñòî÷íèê ñâåòà
Âûïîëíåíî ñàìîñîãëàñîâàííîå ìîäåëèðîâàíèå èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî ðàçðÿäà âûñî-
êîãî äàâëåíèÿ â öåçèè. Èññëåäîâàíû ìåõàíèçìû òåïëîîáìåíà â ïëàçìå, ôîðìèðîâàíèå
ïðîôèëåé òåìïåðàòóðû è ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ðàçðÿäà. Ïîêàçàíî, ÷òî îñíîâíûì ìåõàíèç-
ìîì ïåðåíîñà ýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ íåëîêàëüíûé òåïëîîáìåí, îáóñëîâëåííûé ÷àñòè÷íîé ðåàá-
ñîðáöèåé èíòåíñèâíîãî ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ.  øèðîêîì äèàïàçîíå ïàðàìåòðîâ
èññëåäîâàííûé ðàçðÿä ÿâëÿåòñÿ ýôôåêòèâíûì èñòî÷íèêîì ñâåòà ñ íåïðåðûâíûì ñïåê-
òðîì ðåêîìáèíàöèîííîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðûé â âèäèìîé îáëàñòè áëèçîê ê ïëàíêîâñêîìó.
Ñïåêòð ôîðìèðóåòñÿ çà ñ÷åò ÿðêèõ ôîòîðåêîìáèíàöèîííûõ 6P è 5D êîíòèíóóìîâ öåçèÿ,
ïîðîãè êîòîðûõ ñóùåñòâåííî ñäâèíóòû â äëèííîâîëíîâóþ îáëàñòü. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ýíåð-
ãèÿ, âêëàäûâàåìàÿ â ðàçðÿä, ïðàêòè÷åñêè öåëèêîì èçëó÷àåòñÿ. Èíäåêñ öâåòîïåðåäà÷è âè-
äèìîãî èçëó÷åíèÿ äîñòèãàåò ïðàêòè÷åñêè ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ Ra = 99.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ïëàçìà, ãàçîâûé ðàçðÿä, òåïëîîáìåí èçëó÷åíè-
åì, ñïåêòð èçëó÷åíèÿ, èñòî÷íèêè ñâåòà.
Âèêîíàíî ñàìîóçãîäæåíå ìîäåëþâàííÿ ³ìïóëüñíî-ïåð³îäè÷íîãî ðîçðÿäó âèñîêîãî
òèñêó ó öå糿. Äîñë³äæåíî ìåõàí³çìè òåïëîîáì³íó ó ïëàçì³, ôîðìóâàííÿ ïðîô³ë³â òåì-
ïåðàòóðè òà ñïåêòð âèïðîì³íþâàííÿ ðîçðÿäó. Ïîêàçàíî, ùî îñíîâíèì ìåõàí³çìîì ïå-
ðåíîñó åíåð㳿 º íåëîêàëüíèé òåïëîîáì³í, çóìîâëåíèé ÷àñòêîâîþ ðåàáñîðáö³ºþ ³íòåí-
ñèâíîãî ðåêîìá³íàö³éíîãî âèïðîì³íþâàííÿ. Ó øèðîêîìó ä³àïàçîí³ ïàðàìåòð³â äîñë³ä-
æåíèé ðîçðÿä º åôåêòèâíèì äæåðåëîì ñâ³òëà ç íåïåðåðâíèì ñïåêòðîì ðåêîìá³íàö³éíî-
ãî âèïðîì³íþâàííÿ, ÿêèé ó âèäèì³é îáëàñò³ áëèçüêèé äî ïëàíê³âñüêîãî. Ñïåêòð ôîð-
ìóºòüñÿ çà ðàõóíîê ÿñêðàâèõ ôîòîðåêîìá³íàö³éíèõ 6P è 5D êîíòèíóóì³â öåç³ÿ, ïîðî-
ãè ÿêèõ ³ñòîòíî ññóíóò³ ó äîâãîõâèëüîâó îáëàñòü. Åëåêòðè÷íà åíåðã³ÿ, ùî âêëàäàºòüñÿ
ó ðîçðÿä, ïðàêòè÷íî ö³ëêîì âèïðîì³íþºòüñÿ. ²íäåêñ êîëüîðîïåðåäà÷è âèäèìîãî âè-
ïðîì³íþâàííÿ äîñÿãຠïðàêòè÷íî ãðàíè÷íîãî çíà÷åííÿ Ra = 99.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: íèçüêîòåìïåðàòóðíà ïëàçìà, ãàçîâèé ðîçðÿä, òåïëîîáì³í âèïðîì³íþ-
âàííÿì, ñïåêòð âèïðîì³íþâàííÿ, äæåðåëî ñâ³òëà.
� Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô., 2012
èçëó÷åíèÿ öåçèåâîé ïëàçìû ñ ðîñòîì êîíöåí-
òðàöèè ïëàçìû ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ äî-
ëÿ âèäèìîãî èçëó÷åíèÿ. Ýòî ïðîèñõîäèò â îñ-
íîâíîì çà ñ÷åò îáðàçîâàíèÿ ÿðêèõ 6P è 5D ðå-
êîìáèíàöèîííûõ êîíòèíóóìîâ öåçèÿ è ñäâèãà
ïîðîãîâ ýòèõ êîíòèíóóìîâ â äëèííîâîëíîâóþ
îáëàñòü.  ðåçóëüòàòå â èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷å-
ñêîì ðàçðÿäå îïòè÷åñêàÿ òîëùèíà öåçèåâîé
ïëàçìû â êîíòèíóóìå ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê
åäèíèöå ïðè 5000–6000 K, êîãäà ìàêñèìóì èí-
òåíñèâíîñòè ïëàíêîâñêîãî èçëó÷åíèÿ ëåæèò â
îáëàñòè íàèáîëüøåé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ãëàçà.
Ýòî îáåñïå÷èâàåò èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêîå êà÷å-
ñòâî öâåòîïåðåäà÷è è âûñîêóþ ñâåòîâóþ ýôôåê-
òèâíîñòü èññëåäîâàííîãî ðàçðÿäà êàê èñòî÷íèêà
ñâåòà.  íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ
ñïëîøíîãî ñïåêòðà îáû÷íî èñïîëüçóåòñÿ ïëàçìà
äóãè â êñåíîíå, êîòîðàÿ ñòàíîâèòñÿ îïòè÷åñêè
ïëîòíîé ëèøü ïðè T >104 Ê [6].
Äàëåå ðàññìàòðèâàåòñÿ ðàçðÿä â äëèííîé
(L >> R) ïðîçðà÷íîé êåðàìè÷åñêîé òðóáêå èç
Al2O3 c âíóòðåííèì ðàäèóñîì R = 2,5 ìì.
Ðàçðÿäíàÿ òðóáêà çàïîëíåíà ïàðàìè öåçèÿ,
êîëè÷åñòâî êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ äàâëåíèåì
íàñûùàþùèõ ïàðîâ Psat � 400–800 Òîðð ó íàè-
áîëåå õîëîäíîãî êîíöà òðóáêè. Èññëåäóåòñÿ
óñòàíîâèâøèéñÿ ðåæèì ãîðåíèÿ, êîãäà ÷åðåç
ïëàçìó «äåæóðíîãî» ðàçðÿäà, ïîääåðæèâàåìîãî
ïîñòîÿííûì òîêîì Ist � 0,1–1,0 A, ïåðèîäè-
÷åñêè ñ ÷àñòîòîé
� 500–1500 Ãö ïðîïóñêàåòñÿ
èìïóëüñ òîêà çàäàííîé ôîðìû I(t) ñ àìïëèòó-
äîé Imax � 30–150 A. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ
öèêëà k � 0,04–0,10. Â ýòèõ óñëîâèÿõ òåìïåðà-
òóðà íà îñè ðàçðÿäà äîñòèãàåò 6000–7000 Ê,
êîíöåíòðàöèÿ ïëàçìû ne � 1017–1018 ñì–3.
2. Äëÿ òåîðåòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ ðàçðÿ-
äà ñôîðìóëèðîâàíà äâóõòåìïåðàòóðíàÿ ìíîãî-
æèäêîñòíàÿ (ýëåêòðîíû, èîíû, íåéòðàëüíûå
àòîìû) ìîäåëü ÈÏÐ â öåçèåâîé ïëàçìå:
ãäå pi, pe, pa è ni, ne, na — ïàðöèàëüíîå äàâëå-
íèå è êîíöåíòðàöèÿ èîíîâ, ýëåêòðîíîâ è àòîìîâ
öåçèÿ ñîîòâåòñòâåííî; Vi, Ve, Va — èõ ðàäèàëü-
íàÿ ãèäðîäèíàìè÷åñêàÿ ñêîðîñòü (ïðåäïîëàãàåò-
ñÿ, ÷òî ðàäèàëüíûé òîê íà ñòåíêè îòñóòñòâóåò è
Vi = Ve); Te(r,t), T(r,t) — òåìïåðàòóðà ýëåêòðî-
íîâ è òÿæåëîé êîìïîíåíòû ïëàçìû; r — ðàäè-
àëüíàÿ êîîðäèíàòà; �e — ýëåêòðîííàÿ ýëåêòðî-
ïðîâîäíîñòü; �e, �a — ýëåêòðîííàÿ è àòîìíàÿ
òåïëîïðîâîäíîñòü; Ei, Ea — ýíåðãèÿ èîíèçàöèè
è óñðåäíåííàÿ ïî ðàñïðåäåëåíèþ Áîëüöìàíà (ñ
òåìïåðàòóðîé ýëåêòðîíîâ) ýíåðãèÿ âîçáóæäåíèÿ
àòîìîâ öåçèÿ; �Sea, �Sei — âåëè÷èíà ýíåðãèè, òå-
ðÿåìîé ýëåêòðîíàìè ïðè ñòîëêíîâåíèÿõ ñ àòîìà-
ìè è èîíàìè [11, ñ. 118]; Åz — íàïðÿæåííîñòü
ïðîäîëüíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïëàçìå; I� —
ñïåêòðàëüíàÿ èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ c äëèíîé
âîëíû �; s — êîîðäèíàòà âäîëü ñâåòîâîãî ëó÷à;
I�P — ðàâíîâåñíàÿ (ïëàíêîâñêàÿ) ñïåêòðàëüíàÿ
èíòåíñèâíîñòü,
I�P = 2 h c2�–5 [exp (h c/�
B Tå) – 1]–1;
Wrad — ïîòåðè ýíåðãèè íà èçëó÷åíèå ñ ó÷åòîì ðå-
àáñîðáöèè,
çäåñü
Ìåòîäèêè ðàñ÷åòà êîýôôèöèåíòîâ �e, �e, �a,
Rai è âåëè÷èíû Wrad ïðèâåäåíû â [9], à êîýô-
ôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ ïëàçìû k���r) — â [10].
Ïðåäñòàâëåííàÿ ìîäåëü âêëþ÷àåò â ñåáÿ
óðàâíåíèå íåïðåðûâíîñòè (1) äëÿ êîìïîíåíò
ïëàçìû, óðàâíåíèÿ äâèæåíèÿ (2)–(3) ñ ó÷åòîì
ïðîñêàëüçûâàíèÿ êîìïîíåíò ïëàçìû äðóã îòíî-
ñèòåëüíî äðóãà, óðàâíåíèÿ ýíåðãèè äëÿ ýëåê-
òðîíîâ (4) è òÿæåëîé êîìïîíåíòû ïëàçìû (àòî-
ìîâ è èîíîâ) (5), à òàêæå óðàâíåíèå ïåðåíîñà
èçëó÷åíèÿ (6) è çàêîí Îìà (7) äëÿ îñåâîãî èì-
ïóëüñíîãî òîêà I(t), íàãðåâàþùåãî ïëàçìó. Èç
óðàâíåíèé (2) è (3) ñëåäóåò î÷åâèäíîå ñâîéñòâî
ñèñòåìû óðàâíåíèé (1)–(5):
�p0/�r = 0,
10 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5
ãäå p0 — ïîëíîå äàâëåíèå ïëàçìû, p0 = pa+ pe + pi.
Ýòî ñëåäñòâèå ìàëîñòè ñêîðîñòåé Vi ,Ve è
Va ïî ñðàâíåíèþ ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè òåïëîâû-
ìè (çâóêîâûìè) ñêîðîñòÿìè.
 óñëîâèÿõ ÈÏÐ âûñîêîãî äàâëåíèÿ â öå-
çèè îñíîâíîé îáúåì ïëàçìû â òå÷åíèå ïî÷òè
âñåãî âðåìåíè èìïóëüñà è ïîñëåñâå÷åíèÿ íàõî-
äèòñÿ â ñîñòîÿíèè ëîêàëüíîãî òåðìîäèíàìè÷å-
ñêîãî ðàâíîâåñèÿ (ËÒÐ) ïðè ýëåêòðîííîé òåì-
ïåðàòóðå Òå [8]. Ïðè ýòîì â îñíîâíîé ÷àñòè
ïëàçìåííîãî ñòîëáà (çà èñêëþ÷åíèåì óçêèõ îá-
ëàñòåé âáëèçè ñòåíêè òðóáêè) äëÿ ýëåêòðîíîâ
óñòàíàâëèâàþòñÿ ìàêñâåëëîâñêîå ðàñïðåäåëåíèå
ïî ñêîðîñòÿì, à êîíöåíòðàöèè çàðÿæåííîé êîì-
ïîíåíòû ïëàçìû è íåéòðàëüíûõ àòîìîâ öåçèÿ â
îñíîâíîì è âîçáóæäåííîì ñîñòîÿíèÿõ óäîâëå-
òâîðÿþò ôîðìóëå Ñàõà-Áîëüöìàíà ñ ýëåêòðîí-
íîé òåìïåðàòóðîé Òå. Óçêèå îáëàñòè âáëèçè
ñòåíêè òðóáêè, ãäå ñîñòîÿíèå ïëàçìû îòêëîíÿ-
åòñÿ îò ËÒÐ, ðàññìàòðèâàþòñÿ îòäåëüíî. Â ýòèõ
îáëàñòÿõ ïî ìåðå ïðèáëèæåíèÿ îò ðàâíîâåñíîé
ïëàçìû ê äèýëåêòðè÷åñêîé ñòåíêå ïîñëåäîâà-
òåëüíî íàðóøàåòñÿ, âî-ïåðâûõ, ðàñïðåäåëåíèå
Ñàõà-Áîëüöìàíà; âî-âòîðûõ, íàðóøàåòñÿ ìàê-
ñâåëëîâñêîå ðàñïðåäåëåíèå ñâîáîäíûõ ýëåêòðî-
íîâ ïî ýíåðãèè âñëåäñòâèå óõîäà áûñòðûõ ýëåê-
òðîíîâ èç ïëàçìû íà ñòåíêó; â-òðåòüèõ, íàðó-
øàåòñÿ êâàçèíåéòðàëüíîñòü ïëàçìû è îáðàçóåò-
ñÿ âåñüìà óçêèé ëåíãìþðîâñêèé ñëîé ïðîñòðàí-
ñòâåííîãî çàðÿäà, îãðàíè÷èâàþùèé ýëåêòðîí-
íûé òîê èç ïëàçìû íà ñòåíêó òðóáêè. Ïðè ýòîì
îïðåäåëÿþòñÿ âûðàæåíèÿ äëÿ èîííîãî òîêà, à
çàòåì äëÿ òîêà ýëåêòðîíîâ è èõ ïîòîêà ýíåðãèè,
ïåðåíîñèìûõ èç ïëàçìû íà ñòåíêó òðóáêè. Òà-
êèì îáðàçîì, ôîðìóëèðóåòñÿ ãðàíè÷íîå óñëî-
âèå ê óðàâíåíèþ ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ (4) âáëèçè
ñòåíêè òðóáêè [11, 12]:
ãäå RS — ðàäèóñ ñòîëáà ðàâíîâåñíîé ïëàçìû; ji0
— ïîòîê èîíîâ èç ïëàçìû íà ñòåíêó,
ji0 = e Da nS (Te)/(21/2 Li)
(çäåñü Li — äëèíà èîíèçàöèè; Da — êîýôôèöè-
åíò àìáèïîëÿðíîé äèôôóçèè) [12]; eU0 — çà-
äåðæèâàþùèé ýëåêòðîíû ïîòåíöèàëüíûé áàðüåð
â ëåíãìþðîâñêîì ñëîå âáëèçè ñòåíêè òðóáêè;
�Ee — òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ ýëåêòðîíîâ, ïîïàäàþ-
ùèõ èç ïëàçìû íà ñòåíêó [13]).
 ðàññìàòðèâàåìûõ óñëîâèÿõ ÈÏÐ eU0 � 5kTe
(Òå — òåìïåðàòóðà ýëåêòðîíîâ â ïðèýëåêòðîäíîé
îáëàñòè), �Ee � kTe, îñíîâíîé âêëàä â ïðàâóþ
÷àñòü (8) âíîñèò ýíåðãèÿ èîíèçàöèè àòîìà öå-
çèÿ Ei = 3,89 ýÂ.
Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ òåìïåðàòóðû òÿæå-
ëûõ ÷àñòèö èìåþò âèä:
Çäåñü òåìïåðàòóðà ñòåíêè Tw îïðåäåëÿåòñÿ
èç óñëîâèÿ áàëàíñà ñðåäíåé ýíåðãèè qw, ïàäàþ-
ùåé íà ñòåíêó èç ïëàçìû â òå÷åíèå âñåãî ïåðèî-
äà, è ýíåðãèè, èçëó÷àåìîé ïîâåðõíîñòüþ òðóáêè
[9]. Ãðàíè÷íîå óñëîâèå äëÿ ñêîðîñòåé çàìåíÿåò-
ñÿ ýêâèâàëåíòíûì åìó òðåáîâàíèåì ïîñòîÿíñòâà
êîëè÷åñòâà öåçèÿ Ì, ïðèõîäÿùåãîñÿ íà åäèíè-
öó äëèíû òðóáêè â óñòàíîâèâøåìñÿ ïåðèîäè÷å-
ñêîì ðåæèìå:
3. Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé ÈÏÐ â öåçèè â
ñîîòâåòñòâèè ñ ìîäåëüþ (1)–(10) ïðèâåäåíû
íèæå äëÿ R = 2,5 ìì, Imax = 120 A, I0 = 0,6 À,
= 1000 Ãö,
tp = 1/16 (çäåñü tp — ïðîäîëæè-
òåëüíîñòü èìïóëüñà). Êîëè÷åñòâî öåöèÿ, ïðèõî-
äÿùååñÿ íà åäèíèöó äëèíû, ñîñòàâëÿëî Ì =
0,06 ìã/ñì, ÷òî ñîîòâåòñòâîâàëî äàâëåíèþ íà-
ñûùåííîãî ïàðà öåçèÿ Psat = 290 Òîðð â õîëîä-
íîì êîíöå ãàçîðàçðÿäíîé òðóáêè.
Íà ðèñ.1 èçîáðàæåíû â îòíîñèòåëüíûõ åäè-
íèöàõ îñíîâíûå ïàðàìåòðû ðàçðÿäà. Çà åäèíè-
öó èçìåðåíèÿ ïðèíÿòû ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ
ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí: Imax = 120 A, Emax =
106 Â/ñì, Tmax = 6620 K, Pmax = 809 Òîðð.
Âðåìÿ îòëîæåíî â åäèíèöàõ ïðîäîëæèòåëüíî-
ñòè èìïóëüñà t/tp.
Êàê ïîêàçàëè ÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ, âå-
ëè÷èíà íàïðÿæåííîñòè ïðîäîëüíîãî ýëåêòðè÷å-
ñêîãî ïîëÿ èìååò õàðàêòåðíûé äëÿ èìïóëüñíîãî
ðåæèìà ðåçêèé ìàêñèìóì â ñàìîì íà÷àëå èì-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5 11
Ðèñ.1. Çàâèñèìîñòü îò âðåìåíè îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ ðàçðÿ-
äà: 1 — ôîðìà èìïóëüñà òîêà I(t)/Imax; 2 — íàïðÿæåííîñòü
ïðîäîëüíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïëàçìå Ez(t)/Emax; 3 —
òåìïåðàòóðà ýëåêòðîíîâ íà îñè ðàçðÿäà T0e(t)/Te max; 4 —
òåìïåðàòóðà òÿæåëûõ ÷àñòèö íà îñè ðàçðÿäà T0(t)/Te max;
5 — ïîëíîå äàâëåíèå ïëàçìû P(t)/Pmax.
ïóëüñà. Ýòî îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî áûñòðîå íà-
ðàñòàíèå òîêà ÷åðåç õîëîäíóþ ïëàçìó äåæóðíî-
ãî ðàçðÿäà â íà÷àëå èìïóëüñà ñîïðîâîæäàåòñÿ
ïðîïîðöèîíàëüíûì ðîñòîì íàïðÿæåííîñòè ïî-
ëÿ. Çàòåì óâåëè÷åíèå òîêà ïðèâîäèò ê ðàçîãðå-
âó ïëàçìû. Ïðè ýòîì åå ïðîâîäèìîñòü � �
exp(–Ei/(2kT)) ðàñòåò çíà÷èòåëüíî áûñòðåå ñè-
ëû òîêà. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî âîçðàñòàíèå
íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïëàçìå
âñêîðå ñìåíÿåòñÿ åãî áûñòðûì óáûâàíèåì. Ïî
ìåðå óâåëè÷åíèÿ ñòåïåíè èîíèçàöèè ïëàçìû
ðîñò åå ïðîâîäèìîñòè çàìåäëÿåòñÿ è ñìåíÿåòñÿ
ñòåïåííûì çàêîíîì � � T3/2. Îäíîâðåìåííîå
âîçðàñòàíèå ïîòåðü ýíåðãèè èç ïëàçìû íà èçëó-
÷åíèå ïðèâîäèò ê ñòàáèëèçàöèè òåìïåðàòóðû
ïëàçìû âáëèçè îñè ðàçðÿäà. Ñîîòâåòñòâåííî
ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå â ïëàçìå òàêæå ñòàáèëèçè-
ðóåòñÿ è íà ïðîòÿæåíèè áîëüøåé ÷àñòè èìïóëü-
ñà òîêà èçìåíÿåòñÿ ìàëî. Ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ
èìïóëüñà òîêà íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ ñêà÷êîì
óìåíüøàåòñÿ (ïðîïîðöèîíàëüíî ñèëå òîêà). Äà-
ëåå ïëàçìà îñòûâàåò, åå ïðîâîäèìîñòü óìåíüøà-
åòñÿ, è çàòåì, â ïîñëåñâå÷åíèè, ïîëå ïëàâíî
âîçðàñòàåò äî åãî çíà÷åíèÿ â äåæóðíîì ðàçðÿäå.
Îñíîâíóþ ðîëü â èññëåäóåìîì ðàçðÿäå èãðàåò
íåëîêàëüíûé òåïëîîáìåí èçëó÷åíèåì. Òåïëî-
ïðîâîäíîñòü íà ïîñòóïàòåëüíûõ ñòåïåíÿõ ñâîáî-
äû èãðàåò ñóùåñòâåííóþ ðîëü òîëüêî â õîëîä-
íîé îáëàñòè, îïðåäåëÿÿ ïîòîê òåïëà èç ïëàçìû
íà ñòåíêó. Ôîðìèðîâàíèå òåïëîâîé âîëíû ñ
ðåçêèì òåìïåðàòóðíûì ôðîíòîì â òàêèõ óñëî-
âèÿõ íåâîçìîæíî.
Íà ðèñ.2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà
ñêîðîñòåé äæîóëåâà íàãðåâà PJ(t) = I(t) Ez(t),
ðàäèàöèîííûõ ïîòåðü èç ïëàçìû íà åäèíèöó
äëèíû ñòîëáà äóãè (11), ïåðåäà÷è ýíåðãèè îò
ýëåêòðîíîâ ê èîíàì (12) è îò ýëåêòðîíîâ ê
àòîìàì (13) â ïðîöåññå ñòîëêíîâåíèé:
Õîðîøî âèäíî, ÷òî â íà÷àëå èìïóëüñà
áîëüøàÿ ÷àñòü ýíåðãèè, âêëàäûâàåìîé â ïëàç-
ìó, çàòðà÷èâàåòñÿ íà åå ðàçîãðåâ. Ñ ðîñòîì òåì-
ïåðàòóðû ïëàçìû ðîëü èçëó÷åíèÿ âîçðàñòàåò.
Ïðè ýòîì äæîóëåâî òåïëî
Q P (t)dt,J J
0
tp
� �
âûäåëÿåìîå â èìïóëüñå, â îñíîâíîì âûíîñèòñÿ
ýëåêòðîìàãíèòíûì èçëó÷åíèåì â èìïóëüñå è â
ïîñëåñâå÷åíèè. Ëèøü íåáîëüøàÿ ÷àñòü âëîæåí-
íîé â ðàçðÿä ýíåðãèè âûíîñèòñÿ íà ñòåíêó òðóá-
êè çà ñ÷åò ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ: òåïëîïðîâîä-
íîñòüþ àòîìîâ â ïðèñòåíî÷íîì ñëîå; ïîòîêîì èî-
íîâ (ñëàãàåìîå ji0U0 â (8)), óñêîðåííûõ â ïðè-
ñòåíî÷íîì ëåíãìþðîâñêîì ñëîå; ïîòîêîì ýëåê-
òðîíîâ ji0�E/e, à òàêæå âûäåëÿåòñÿ íà ñòåíêå
12 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5
Ðèñ.2. Áàëàíñ ýíåðãèè â ðàçðÿäå: 1 — äæîóëåâ íàãðåâ PJ; 2
— ðàäèàöèîííûå ïîòåðè íà åäèíèöó äëèíû òðóáêè Prad; 3
— ïåðåäà÷à ýíåðãèè îò ýëåêòðîíîâ ê èîíàì Pei; 4 — ïåðåäà-
÷à ýíåðãèè îò ýëåêòðîíîâ àòîìàì Pea.
a
Ðèñ.3. Ðàäèàëüíûå ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû ýëåêòðîíîâ
Te(r,t) (ñïëîøíûå êðèâûå) è òÿæåëîé êîìïîíåíòû T(r,t)
(ïóíêòèð) â ðàçëè÷íûå ìîìåíòû âðåìåíè: à — â ïðîöåññå
ïðîõîæäåíèÿ èìïóëüñà òîêà; á — ïîñëå ïðîõîæäåíèÿ èì-
ïóëüñà. Âðåìÿ â åäèíèöàõ t/tp óêàçàíî íà êðèâûõ.
á
ïðè ðåêîìáèíàöèè ýëåêòðîí-èîííûõ ïàð (ñëà-
ãàåìîå ji0 Ei/e â ôîðìóëå (8)).
Íà ðèñ.3 ïðèâåäåíû ïðîôèëè òåìïåðàòóðû
ýëåêòðîíîâ è òÿæåëîé êîìïîíåíòû (àòîìîâ è
èîíîâ) â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Âèäíî, ÷òî
íàãðåâàíèå â ïðîöåññå ïðîõîæäåíèÿ èìïóëüñà
òîêà (ðèñ.3,à) è îõëàæäåíèå â ïîñëåñâå÷åíèè
(ðèñ.3,á) ïëàçìû ðàçðÿäà ïðîèñõîäÿò îäíîâðå-
ìåííî âî âñåì îáúåìå òðóáêè. Ðàäèàëüíûå ïðî-
ôèëè òåìïåðàòóðû èìåþò â èññëåäóåìîì ðàçðÿ-
äå ñóùåñòâåííî áîëåå ïîëîãèé âèä, ÷åì â ðàçðÿ-
äàõ ñ îïòè÷åñêè ïðîçðà÷íîé â êîíòèíóóìå ïëàç-
ìîé [4, 14–16]. Ïîëîãèé õàðàêòåð ïðîôèëåé
òåìïåðàòóðû è áîëåå âûñîêîå äàâëåíèå â ðàñ-
ñìàòðèâàåìîì ðàçðÿäå ïðèâîäÿò ê òîìó, ÷òî
ïðîñêàëüçûâàíèå êîìïîíåíò ïëàçìû äðóã îòíî-
ñèòåëüíî äðóãà íå èãðàåò áîëüøîé ðîëè. Ýòî
ñóùåñòâåííî îòëè÷àåò ÈÏÐ â öåçèè îò àíàëî-
ãè÷íîãî ðàçðÿäà â ïàðàõ íàòðèÿ [4].
4. Ïàðàëëåëüíî è ñàìîñîãëàñîâàííî ñ ðåøå-
íèåì ïëàçìåííîé çàäà÷è ðåøàëîñü óðàâíåíèå
ïåðåíîñà èçëó÷åíèÿ ñ ó÷åòîì ñâÿçàííî-ñâÿçàí-
íûõ (b–b) è ñâîáîäíî-ñâÿçàííûõ (f–b) ïåðåõî-
äîâ â öåçèè. Ïîñëåäíèå ïåðåõîäû âåñüìà ñóùå-
ñòâåííû ïðè ôîðìèðîâàíèè ñïåêòðà âèäèìîãî
èçëó÷åíèÿ öåçèÿ âñëåäñòâèå íàëè÷èÿ â âèäèìîé
îáëàñòè ñïåêòðà öåçèÿ äâóõ ÿðêèõ ôîòîðåêîì-
áèíàöèîííûõ êîíòèíóóìîâ, ñîîòâåòñòâóþùèõ
ðåêîìáèíàöèè íà óðîâíè 6P è 5D. Â ðåçóëüòàòå
îïðåäåëÿëèñü ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ, ïåðåíîñèìîãî
è â ðàäèàëüíîì íàïðàâëåíèè ïî ïëàçìå, è âû-
õîäÿùåãî èç ïëàçìåííîãî ñòîëáà. Ðåçóëüòàòû
ðàñ÷åòîâ ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ÈÏÐ â öåçèè â øè-
ðîêîì äèàïàçîíå äàâëåíèé ïëàçìû ïðèâåäåíû
íà ðèñ.4. Ïóíêòèðîì ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ðàñ-
÷åòîâ ïðè ó÷åòå òîëüêî ðåêîìáèíàöèîííîãî ìå-
õàíèçìà èçëó÷åíèÿ.
 ðàññìàòðèâàåìûõ óñëîâèÿõ â äèàïàçîíå
äëèíû âîëí 530–760 íì ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ è
êîíöåíòðàöèè ïëàçìû ïðîèñõîäèò ïåðåõîä îò
ëèíåé÷àòîãî ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ê íåïðåðûâíî-
ìó. Ýòî ñâÿçàíî ñ äåáàåâñêèì ñíèæåíèåì ïîòåí-
öèàëà èîíèçàöèè ïðè óâåëè÷åíèè êîíöåíòðàöèè
ïëàçìû è ñî ñëèÿíèåì âûñøèõ ÷ëåíîâ ñïåê-
òðàëüíûõ ñåðèé âñëåäñòâèå øòàðêîâñêîãî óøè-
ðåíèÿ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé, âîçðàñòàþùåãî ïî
ìåðå óâåëè÷åíèÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ.
Ñäâèã ïîðîãà ðåêîìáèíàöèîííîãî 6P êîíòèíó-
óìà (�ïîð = 504 íì) â äëèííîâîëíîâóþ îáëàñòü
ñïåêòðà äîñòèãàåò 100 íì è áîëåå. Àíàëîãè÷íîå
ÿâëåíèå èìååò ìåñòî è âáëèçè ïîðîãà 5D êîíòè-
íóóìà (�ïîð = 594 íì). Îäíàêî íàáëþäåíèå
ñëèÿíèÿ âûñøèõ ÷ëåíîâ ýòîé ñïåêòðàëüíîé ñå-
ðèè è çàìåùåíèÿ èõ êîíòèíóóìîì çàòðóäíåíî
èç-çà íàëîæåíèÿ íà ýòó ñïåêòðàëüíóþ îáëàñòü
ÿðêèõ ëèíèé 6P-7D, 6P-8D è 6P-9S. Â ðåçóëü-
òàòå ïðè äàâëåíèÿõ p > 400 Òîðð ïðîèñõîäèò
ñëèÿíèå 6P è 5D êîíòèíóóìîâ â îäèí ñïëîøíîé
ñïåêòð.  ýòèõ óñëîâèÿõ ïðàêòè÷åñêè âñÿ âèäè-
ìàÿ îáëàñòü ñïåêòðà îáðàçîâàíà ÿðêèìè ðåêîì-
áèíàöèîííûìè 6P è 5D êîíòèíóóìàìè. Êàê
ñëåäñòâèå, èçëó÷àåìûé öåçèåâîé ïëàçìîé ñâåò
èìååò î÷åíü âûñîêîå êà÷åñòâî (Ra � 98–99) è
áîëüøóþ ñâåòîîòäà÷ó, êîòîðàÿ ïðè îïòè÷åñêîé
òîëùèíå ïëàçìû �� � 1 è îïòèìèçèðîâàííûõ
ýëåêòðè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèêàõ ïèòàíèÿ ðàçðÿäà
(÷àñòîòà, ñêâàæíîñòü, ôîðìà èìïóëüñà è ò.ï.)
ìîæåò ñîñòàâëÿòü � � 40–60 ëì/Âò. Òàêîé èñ-
òî÷íèê ñâåòà îáëàäàåò íå ëèíåé÷àòûì, à ñïëîø-
íûì (ïî÷òè ïëàíêîâñêèì) ñïåêòðîì èçëó÷åíèÿ è
ÿâëÿåòñÿ ýêîëîãè÷åñêè ÷èñòûì, òàê êàê íå ñîäåð-
æèò ðòóòè. Îñîáåííîñòè ôîðìèðîâàíèÿ ñïåêòðà
â ÈÏÐ â öåçèè ïîëó÷èëè ýêñïåðèìåíòàëüíîå
ïîäòâåðæäåíèå â [17]. Çàòðàòû ýíåðãèè â èñòî÷-
íèêå, ñâÿçàííûå ñ èîíèçàöèåé ãàçà â èìïóëüñå,
ñðàâíèòåëüíî ìàëû ââèäó âåñüìà ìàëîé ýíåðãèè
èîíèçàöèè öåçèÿ.
Âûâîäû
Èññëåäîâàíû ñâîéñòâà ÈÏÐ â öåçèè âûñîêî-
ãî äàâëåíèÿ íà îñíîâå äâóõòåìïåðàòóðíîé ËÒÐ
ìîäåëè. Ðàññìîòðåíû ìåõàíèçìû òåïëîîáìåíà â
ïëàçìå è îñîáåííîñòè ôîðìèðîâàíèÿ ñïåêòðà èç-
ëó÷åíèÿ ðàçðÿäà. Ïîêàçàíî, ÷òî âàæíûìè îñî-
áåííîñòÿìè ðàçðÿäà ÿâëÿþòñÿ ïðåîáëàäàíèå â
ïëàçìå íåëîêàëüíîãî òåïëîîáìåíà èçëó÷åíèåì è
íåïðåðûâíûé ñïåêòð âûõîäÿùåãî èç ïëàçìû èç-
ëó÷åíèÿ, ñîñðåäîòî÷åííîãî â îñíîâíîì â âèäè-
ìîé îáëàñòè. Ðàññ÷èòàí èíäåêñ öâåòîïåðåäà÷è
Ra èçëó÷åíèÿ öåçèåâîé ïëàçìû â óñëîâèÿõ, õà-
ðàêòåðíûõ äëÿ èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî ðàç-
ðÿäà ñðåäíåãî è âûñîêîãî äàâëåíèé. Ïîêàçàíî,
÷òî âî âñåõ èññëåäîâàííûõ äèàïàçîíàõ äàâëåíèé
è òåìïåðàòóð Ra > 90, ïðè÷åì â äèàïàçîíå äàâ-
ëåíèé ïëàçìû 300–600 Òîðð äîñòèãàþòñÿ çíà÷å-
íèÿ Ra � 99. Âûñîêîå êà÷åñòâî öâåòîïåðåäà÷è
öåçèåâîé ïëàçìû îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî çíà÷è-
òåëüíàÿ ÷àñòü âèäèìîãî ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ôîð-
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5 13
Ðèñ.4. Ñïåêòðàëüíûé ïîòîê ýíåðãèè èçëó÷åíèÿ F� (R) äëÿ
òåìïåðàòóðû ïëàçìû íà îñè T0 = 6000 K ïðè ðàçëè÷íûõ
çíà÷åíèÿõ äàâëåíèÿ ïëàçìû p, Òîðð: 1 — 51; 2 — 188; 3 —
1094; 4 — F�P (T0).
ìèðóåòñÿ çà ñ÷åò ðåêîìáèíàöèîííûõ 6P è 5D
êîíòèíóóìîâ. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû óêàçûâà-
þò íà âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ öåçèåâîé
ïëàçìû èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî ðàçðÿäà â
êà÷åñòâå ýôôåêòèâíîãî èñòî÷íèêà ñâåòà ñ âûñî-
êèì êà÷åñòâîì öâåòîïåðåäà÷è.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Johnson P.D., Rautenberg T.H. Spectral change
mechanism in the pulsed high-pressure sodium arc
// J. Appl. Phys. — 1979. — Vol. 50, ¹ 5. — P.
3207–3211.
2. Stormberg H.P., Schaefer R. Time-depended behav-
ior of high-pressure mercury discharges // J. Appl.
Phys. — 1983. — Vol. 54, ¹ 8. — P. 4338–4347.
3. Guenther K., Kloss H.-G., Lehmann T. et al. Pulsed
operation of high-pressure sodium discharge lamps //
Contrib. Plasma Phys. — 1990. — Vol. 30, ¹ 6. —
P. 715–724.
4. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Ãàçîäèíàìèêà èìïóëüñ-
íîãî èçëó÷àþùåãî ðàçðÿäà â ñìåñè ïàðîâ íàòðèÿ ñ
êñåíîíîì // Æóðí. òåõí. ôèçèêè. — 1996. —
Ò. 66. — Âûï. 11. — Ñ. 170–177.
5. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Áàëàíñ ýíåðãèè èì-
ïóëüñíîãî èçëó÷àþùåãî ðàçðÿäà â ñìåñè ïàðîâ íà-
òðèÿ ñ êñåíîíîì // Òàì æå. — 1997. — Ò. 67. —
Âûï. 9. — Ñ. 22–24.
6. Ñïðàâî÷íàÿ êíèãà ïî ñâåòîòåõíèêå / Ïîä ðåä.
Þ.Á.Àéçåíáåðãà. — Ì. : Çíàê, 2006. — 972 ñ.
7. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Îñîáåííîñòè èçëó÷åíèÿ
ïëîòíîé öåçèåâîé ïëàçìû â âèäèìîé îáëàñòè //
Ïèñüìà â Æóðí. òåõí. ôèçèêè. — 1997. — Ò. 23.
— Âûï. 24. — Ñ. 40–45.
8. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Ïëàçìà èìïóëüñíî-ïå-
ðèîäè÷åñêîãî ðàçðÿäà â öåçèè êàê ýôôåêòèâíûé
èñòî÷íèê ñâåòà // Æóðí. òåõí. ôèçèêè.— 2002.
— Ò. 72. — Âûï. 7. — Ñ. 100–105.
9. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâà-
íèå ñëàáîòî÷íîãî èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî èçëó-
÷àþùåãî ðàçðÿäà âûñîêîãî äàâëåíèÿ â öåçèè //
Ïðèêëàä. ôèçèêà. — 2006. — ¹ 6. — Ñ. 63–72.
10. Baksht F.G., Lapshin V.F. Two-temperature mod-
elling of pulsed high pressure caesium radiative dis-
charge with recombination mechanism of light emis-
sion // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2008. — Vol.
41. — P. 205201.
11. Áàêøò Ô.Ã., Äþæåâ Ã.À., Ìàðöèíîâñêèé À.Ì. è
äð. Òåðìîýìèññèîííûå ïðåîáðàçîâàòåëè è íèçêîòåì-
ïåðàòóðíàÿ ïëàçìà. — Ì. : Íàóêà, 1973. — 480 ñ.
12. Ýíöèêëîïåäèÿ íèçêîòåìïåðàòóðíîé ïëàçìû. Ââîä-
íûé Ò. II / Ïîä ðåä. Â.Å.Ôîðòîâà. — Ì. : Íàóêà,
2000. — Ñ. 80–93.
13. Áàêøò Ô.Ã., Ëàïøèí Â.Ô. Ïåðåíîñ òåïëîâîé
ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ â ïîòîêå ÷åðåç ãðàíèöó ïëàçìà
— ýëåêòðîä â ñëàáîèîíèçîâàííîé ïëàçìå // Ïðè-
êëàä. ôèçèêà. — 2012.— ¹ 1. — Ñ. 46–51.
14. Chalek C.L. and Kinsinger R.E. A theoretical investi-
gation of the pulsed high-pressure sodium arc // J.
Appl. Phys. — 1981. — Vol. 52, ¹ 2. — P. 716–723.
15. Àçèçîâ Ý.À., Êîáåëåâñêèé À.Â., Íàñòîÿùèé À.Ô.
×èñëåííîå èññëåäîâàíèå äèíàìèêè ðàçâèòèÿ ïëàç-
ìåííîãî ñòîëáà ñèëüíîòî÷íîé äóãè â ãàçàõ âûñîêîãî
äàâëåíèÿ // Ôèçèêà ïëàçìû. — 1986. — Ò. 12. —
Âûï. 3. — Ñ. 362–369.
16. Àíüøàêîâ À.Ñ., Íàçàðóê Â.È., Õàéòìàí Ñ.Ì. Ðàñ-
÷åò ýëåêòðè÷åñêîé äóãè ñ íàëîæåíèåì èìïóëüñîâ
òîêà. // Òåïëîôèçèêà è àýðîìåõàíèêà. — 1996. —
Ò. 3, ¹ 1. — Ñ. 81–84.
17. Áàêøò Ô.Ã., Êàïëàí Â.Á., Ëàïøèí Â.Ô., Ìàðöè-
íîâñêèé À.Ì. Îñîáåííîñòè ôîðìèðîâàíèÿ íåïðåðûâ-
íîãî ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ â âèäèìîé îáëàñòè â óñëîâè-
ÿõ èìïóëüñíî-ïåðèîäè÷åñêîãî ðàçðÿäà â öåçèè //
Ïèñüìà â Æóðí. òåõí. ôèçèêè. — 2009. — Ò. 35. —
Âûï. 23. — Ñ. 17–22.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 20.07.12
14 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2012. ¹ 5
Baksht F.G.1, Lapshin V.F.1,2
1 Ioffe Physical-Technical Institute, RAS, St. Petersburg, Russia
2 St. Petersburg State Transport University, St. Petersburg, Russia
Pulse-Periodic Cesium Discharge as Efficient Light Source
Self-consistent simulation of pulse-periodic high-pressure cesium discharge is carried out.
The mechanisms of heat exchange in plasma, formation of temperature profiles and radia-
tion spectrum of discharge are investigated. It is displayed that the main mechanism of
heat exchange in discharge is intensive non-local heat transfer caused by partial
reabsorbtion of intensive recombination radiation. In a wide range of parameters the in-
vestigated discharge is an effective light source with a continuous recombination spec-
trum of radiation which in visible region is close to black body spectrum. The spectrum
is formed by bright photorecombination 61P and 5D cesium which thresholds are essen-
tially shifted to long waves region. The electric energy put into discharge is practically
completely radiated. The color rendering index of visible radiation reaches practically
maximum value of Ra = 99.
Key words: low-temperature plasma, gas discharge, radiative heat exchange, radiation
spectrum, light source.
Received July 20, 2012
|