Запорожец Издания
мых атомов ЩЗМ обратно на катод в виде ионов под действием электрического поля соответствующего знака [9.16]. Тепловое испарение. Скорость теплового испарения (плотность потока) частиц в вакууме, как известно, экспоненциально зависит от температуры: Рвак = С ехр (-Дисп/Т-эл) , (9.50) где Дисп - энергия испарения, зависящая от материала и его свойств (структура, состояние поверхности и т. д.). Для испарения ВаО в вакууме [9.3] Ръао « 1,8 • 10"ехр [-46 ООО/Г], г/ (см • ч). В условиях ЛЛ длины свободного пробега молекул ВаО в инертном газе значительно меньше расстояния от катода до стенок трубки (при раг=400 Па Хдг составляет сотые доли сантиметра) и процесс теплового испарения может рассматриваться как диффузия молекул ВаО в среде инертного газа подобно испарению вольфрама в газополных лампах накаливания [1.5]. Строгий расчет затруднителен, но, например, для цилиндрической конфигурации приэлектродной области расчет для скорости теплового испарения в газе приводит к выражению [9.4] Fr « /вак/[ 1 -f .(ЗГк/4Х) In(Гтр/Гк) ], (9.51) Сетевой Вывод Оксид где Гк - радиус катода. Пользуясь этими соотношениями, можно оценивать время, необходимое для полного теплового испарения оксида в зависимости от условий. Поскольку скорость теплового испарения экспоненциально зависит от температуры, для правильности оценок весьма важно знать фактическое распределение температуры по электроду и ее изменение во времени с высокой точностью. Проведем оценку для электродов ЛЛ, работающих в сети переменного тока. Из анализа распределения температуры по электроду (рис. 9.10) следует важный вывод о том, что основная зона теплового испарения оксида резко ограничена: с сетевой стороны из-за отсутствия оксида, а с дру- Рис. 9.10. Схема работы оксидного катода ртутной ЛЛ: 1~ направление перемещения катодного пятна (КП) по мере расходования оксида: 2 - участок катода с израсходованным оксидом гой стороны-из-за спада температуры и экспоненциальной зависимости скорости теплового испарения от температуры. Здесь имеет место картина, аналогичная образованию резкой зоны КП. Поэтому в первом приближении можно принять, что тепловое испарение происходит из ограниченной зоны электрода, примерно совпадающей с КП, и эта зона по мере расхода оксида перемещается по электроду в направлении стрелки. Отсюда получим, что за время т масса испаряющихся молекул ВаО Gfiao JAcn-- (9.52) Из (9.52) можно определить продолжительность горения Ттах, положив Овао равным полному зэпасу ВаО на электроде. Принимая для упрощения Fr и 5исп постоянными по времени, находим Тта:с«Свао/.(Яг5„сп). (9.53) Возврат испаряющихся атомов ЩЗМ в виде ионов на катод может иметь место только тогда, когда электрод является катодом, при этом необходимо, чтобы основная ионизация атомов ЩЗМ происходила в достаточной близости от катода в зоне, откуда они под действием электрического поля могли бы попадать обратно на катод. Количественно влияние возврата ионов ЩЗМ на скорость расхода эмиссионного материала можно оценить по балансу плотностей потоков атомов ЩЗМ, испаряющихся с катода и их ионов, возвращающихся на катод. Для рещения задачи используется соответственно видоизмененная система уравнений, представленная в § 9.3 (см. [9.4]). Расчетные оценки показывают, что наибольший возврат ионов ЩЗМ на катод соответствует режимам КП, которые при минимальном Uk обеспечивают максимальный ток на катод. Так, для хорошо активированного катода стандартных ЛЛ (/eo pa3P»0,25-f-0,4; к»950-1000°C; [/к= 12,5-13,5 В; /,•л;0,03-0,07) в катодный полупериод расход эмиссионного материала более чем на 90% компенсируется возвратными циклами. В анодный полупериод условия электропереноса ионов ЩЗМ на анод отсутствуют и скорость расхода эмиссионного материала определяется только тепловым испарением в среде инертного газа. Поэтому особо важное значение имеет температура электрода и ее распределение. Из изложенного ясно, что основной расход эмиттирующего материала происходит в анодный полупериод. Более подробно см. в [9.4]; там же приведена библиография. Расход эмиссионного покрытия в моменты зажигания вызывается катодным распылением в стадии тлеющего разряда. Очевидно, что чем больше число включений и чем длительнее стадия тлеющего разряда при каждом зажигании, тем больше расход оксида. Поэтому для уменьшения распыления в моменты зажигания необходимо стремиться к уменьшению стадии тлеющего разряда за счет более быстрого разогрева отдельных участков катода (см. [0.9], § 10.7 [9.4]). Конструкция электродов неоновых, натриевых и других лама дугового разряда низкого давления. Электроды неоновых дуговых ламп представляют собой спирали, свитые из проволоки в виде гитарной струны. Керном служит молибденовый провод, на который навита вольфрамовая спираль. Катод покрывается оксидом ЩЗМ того же или близкого состава, что и оксид ЛЛ. У некоторых типов электродов, рассчитанных на большие токи, имеются экраны в виде двух пластин, расположенных параллельно катоду с двух сторон. Пластины изготовляются из тантала и выполняют одновременно роль геттера (см. рис. 9.8,г). На рис. 9.8,е представлена одна из конструкций триспираль-ного бифнлярного электрода натриевых ламп НД. На вольфрамовый керн навита молибденовая спираль, а поверх нее - вольфрамовая. Вся эта спираль навивается на молибденовый керн, а затем на специальную оправку, которая придает электроду форму бифнляра. После термического закрепления формы электрода молибденовый керн вытравливается и образующиеся пустоты служат резервуарами оксида. В некоторых типах ламп с более высокой плотностью тока на электроде применяют активаторы в виде небольшой таблетки- цилиндрика. В этом случае катод имеет полость, в которую помещается таблетка активатора. На рис. 9.8,ж представлена одна из подобных конструкций электрода. Достоинством такого катода является то, что он имеет весьма большой запас активного вещества, которое в то же время защищено от непосредственного воздействия разряда. Синтерированные катоды для дуговых ЛЛ НД представляют собой стаканчик диаметром и длиной по несколько миллиметров из тонкой жести, заполненный эмиттирующим веществом, спеченным (синтерированным) из смеси порошков тугоплавких металлов (например, тантала и др.), с перекисями ЩЗМ. Особенностью предложенных в нашей стране синтериро-ванных катодов для ЛЛ является глубокая полость в активном веществе с открытого торца, обращенного к разряду, в результате чего электрод работает в режиме полого катода со всеми преимуществами этого режима [9.6]. Достоинствами синтерированных катодов являются большой запас эмиссионного вещества, устойчивость к распылению в режиме мгновенных холодных зажиганий, вибро- и удароустой- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [ 111 ] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239
|