СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАДИКАЛОРЕКОМБИНАЦИОННОЙ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ Российский патент 1999 года по МПК F21K2/00 H01J61/00 

Изобретение относится, преимущественно, к области светотехники и может быть использовано для освещения элементов космических аппаратов, а также для световой сигнализации.

Для получения радикалорекомбинационной люминесценции необходимо иметь люминофор и свободные атомы или радикалы, рекомбинация которых на поверхности люминофора получения радикалорекомбинационной люминесценции для получения свободных атомов и радикалов применяются различные методы разложения молекул газа, описанные в [1, 2].

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения радикалорекомбинационной люминесценции в результате взаимодействия люминофора и атомов водорода, полученных методом диссоциации молекул водорода на нити накала лампы [1] . Существенными недостатками известных способов являются: необходимость применения устройств разлагающих молекул газа на свободные атомы и радикалы, большие энергетические затраты и незначительное количество получаемых свободных атомов и радикалов (до 15% [3]), вследствие чего эффективность источников света, использующих радикалорекомбинационную люминесценцию, низка.

Техническим результатом изобретения является оптическое излучение в верхней атмосфере, полученное без применения специальных источников энергии.

В изобретении предлагается для получения эффекта радикалорекомбинационной люминесценции использовать свободные атомы и радикалы, находящиеся в верхней атмосфере. Состав верхней атмосферы представлен в таблице 1 [4]. Эффект радикалорекомбинационной люминесценции возникает при взаимодействии люминофора с основными компонентами верхней атмосферы; O, N, NO. При движении в атмосфере тел, размеры которых меньше длины свободного пролета частиц, составляющих атмосферу, температура, плотность, давление, химический состав набегающего потока изменяться не будет и при расчетах интенсивности радикалорекомбинационной люминесценции можно использовать данные табл. 1.

Интенсивность радикалорекомбинационной люминесценции равна [2]:
I= B•N, (1)
где B - квантовый выход люминофора;
N - число молекул, образующихся на поверхности люминофора в результате рекомбинации за 1 сек;
I - интенсивность радикалорекомбинационной люминесценции в квант/сек.

Величину N находят используя выражение
N = ngSVcosθ, (2)
где n - концентрация атомов;
V - скорость взаимодействующих атомов относительно люминофора;
S - площадь поверхности люминофора;
g - коэффициент рекомбинации атомов;
θ - - угол между нормалью к поверхности люминофора и его вектором скорости.

Скорость атомов взаимодействующих с люминофором находится как сумма тепловой скорости атома и скорости люминофора:
V = V_t + V_л, (3)
где V_t - проекция тепловой скорости атомов на ось, коллинеарную вектору скорости люминофора;
V_л- скорость люминофора.

Вследствие изотропности теплового движения атомов, равновероятно наличие атомов с отрицательными и положительными значениями V_t. Поэтому выражение (2) удобнее представить в следующем виде

где V_ср+ - среднее значение положительных величин V_t;
V_ср- - среднее значение отрицательных величин V_t.

Преобразуя (4), получим

Функция распределения по проекциям скоростей равна [5]:

где k - постоянная Больцмана;
T - температура;
m - масса атома или радикала.

Тогда


а выражение (5) приобретает вид:

Из выражения (9) видно, что радикалорекомбинационная люминесценция возникает при любом, в том числе и нулевом, значении скорости люминофора. Однако, для увеличения интенсивности люминесценции, скорость люминофора необходимо увеличивать.

В отличие от известного источника света [1] предлагаемое устройство не имеет источника энергии и состоит из поверхности, на которую нанесен слой люминофора. Поверхность движется в верхней атмосфере таким образом, что атомы и свободные радикалы набегающего потока верхней атмосферы взаимодействуют с люминофором (табл. 1 - 3). Принцип работы устройства поясняется чертежом. Интенсивность излучения предлагаемого источника света рассчитаем на примере плоской поверхности площадью 1 м², покрытой Al₂O₃, движущейся на высоте 200 км со скоростью 7 км/с. Вектор скорости поверхности совпадает с ее нормалью. Будем считать, что люминесценция возникает только при рекомбинации на поверхности люминофора атомов азота. Для этих условий интенсивность радикалорекомбинационной люминесценции составит 10¹² квант/с, а поток излучения, созданный источником света, будет равен 3•10^-9 Вт.

Литература.

1. Патент США, кл. 2, 920, 222, 1960.

2. Ф. Ф.Волькенштейн, А.Н.Горбань, В.А.Соколов Радикалорекомбинационная люминесценция полупроводников. - М.: Наука, 1976, - 278 с.

3. Д.П.Попов, канд. дисс., ТГУ, Томск, 1972.

4. Дж.Мартин, Вход в атмосферу. - М.: Мир, 1969, - с.320
5. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., Физматгиз, 1963, - 848 с.

Изобретение относится к светотехнике. Техническим результатом изобретения является оптическое излучение в верхней атмосфере, полученное без применения специальных источников энергии. Результат достигается помещением люминофора в верхнюю атмосферу. Оптическое излучение возникает в процессе рекомбинации на поверхности люминофора свободных атомов и радикалов, входящих в состав верхней атмосферы. 2 с.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

1. Способ получения радикалорекомбинационной люминесценции при рекомбинации свободных атомов и радикалов на поверхности люминофора, отличающийся тем, что люминофор помещают в верхнюю атмосферу Земли. 2. Люминесцентный источник света, содержащий поверхность, покрытую люминофором, отличающийся тем, что люминофор нанесен на внешнюю сторону поверхности, поверхность движется в верхней атмосфере, угол между вектором скорости поверхности и ее нормалью не превышает 90^o.