ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОБОЛОЧКИ НАТРИЕВОЙ ЛАМПЫ НА ИОННЫЙ ТОК
ЭМИССИИ
Свешников В. К. Васильченко В. Г.
ФГБОУ
ВПО «МордГПИ им. М. Е. Евсевьева», г. Саранск, Россия
В процессе эксплуатации натриевых ламп
происходит убыль натрия из объема разрядной трубки (РТ) в виде ионов.
Вследствие утечки натрия из РТ происходит ухудшение электрических и световых
характеристик ламп и их преждевременный выход из строя, кроме того, эффективный
источник ионов натрия на основе, возбуждаемой в РТ плазмы может быть получен
при заданной структуре поверхности оболочки РТ.
Совершенствование конструкции и технологии
изготовления приборов с парами натрия и контроль их качества требует изучения
влияния структуры оболочки РТ на утечку натрия из её объема.
Для установления количественной связи между
ионным током утечки натрия из РТ с
различной структурой нами рассмотрены два случая. В первом случае утечка натрия
происходит в трубке, имеющей крупнозернистую структуру оболочки с эффективным
коэффициентом диффузии .
Она характеризуется средним линейным размером зерна и шириной границы
между кристаллами. Вторая трубка с коэффициентом диффузии изготовлена из тех же исходных материалов и
имеет мелкозернистую структуру. Средние размеры зерна и ширина стеклофазы у нее
– соответственно и .
Относительные диэлектрические проницаемости трубок соответственно равны и .
Разрядные трубки, имеющие одинаковые размеры, наполнены инертным газом при
одном и том же давлении и содержат одинаковое количество амальгамы натрия.
Ток ионов натрия, эмиттируемого первой трубкой
при температуре и напряженности электрического
поля на трубке, определяется из формулы[1]:
(1)
Эффективный коэффициент диффузии натрия связан с размерами ,
и коэффициентами диффузии по объему и
границам зерен выражением[1].
(2)
Подставляя (2) в (1), получим
(3)
Аналогично находим выражение для тока ,
с трубки, имеющей мелкозернистую структуру, при тех же условиях
(4)
Поскольку оболочки трубок изготовлены из одних и
тех же материалов, отобраны из одной партии и отличаются только структурой, то
очевидно, что и .
Тогда поделив (4) на (3) и выразив ток получим
. (5)
Так как ,
то выражение (5) примет вид
(6)
В формуле (6) и ,
следовательно, ,
поэтому в одинаковых условиях ионный ток натрия с поверхности трубки, имеющей
мелкозернистую структуру, будет в раз больше, чем с поверхности трубки, имеющей
крупнозернистую структуру.
В таблице 1 даны значения отношения ионных токов, снимаемых с РТ натриевых ламп
ДнаТ - 400 с крупнозернистой и мелкозернистой структурами. Средние размеры
зерен составляли ;
,
а ширина прослойки между зернами составляла ;
.
Трубки дозировались ксеноном при давлении и амальгамой натрия с содержанием в ней 0,8
атомных долей натрия. Электрическая мощность, рассеиваемая на трубках,
поддерживалась равной .
Таблица 1.
|
|
|
Расхождение, % |
1350 |
3,84 |
3,88 |
1 |
1500 |
3,25 |
3,88 |
19 |
Из таблицы
1 следует, что с увеличением температуры происходит уменьшение отношения
ионных токов. Это объясняется резким возрастанием коэффициента диффузии натрия
с температурой по зернам, чем по границам кристаллов. В стеклофазе, которая
неоднородна по своему составу, коэффициент диффузии с температурой возрастает
медленнее. Расхождение между соотношениями
и при
температуре 1500 К составляет 19 %.
Следовательно, ионный ток, эмитируемый РТ, тем выше, чем развитее у нее
поверхность стеклофазы.
Таким образом, по измеренной величине ионного
тока с РТ можно судить о наличии дефектов в ней, приводящих к утечке натрия.
Эффективный источник ионов натрия может быть получен с использованием РТ,
оболочки, которых имеют мелкозернистую структуру и развитую поверхность
стеклофазы.
Литература
1.
Свешников
В.К. Диффузия натрия в системе
разрядная трубка – внешний электрод натриевой лампы. Ист. излучения: Межвуз.сб.науч.работ
/ под ред. В.К. Свешникова; Мордов.гос.пед.ин-т. – Саранск, 1999.-с.28-36. 59
2.
Кониченко
В.С., Макарова Т.В., Мальцев А.К., Мордюк В.С., Мордюк Г.П., Черкашин В.И. О
влиянии характеристик структуры поликоровых трубок и связанной с ним диффузионной
утечки натрия на стабильность световой отдачи натриевой лампы высокого давления
// Эл. ист. света. Тр. ВНИИИС. Саранск: изд. ВНИИИС. 1976. Вып.7., стр.64. 37