Газоразрядный источник света Советский патент 1981 года по МПК H01J61/64 

(54) ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА

1

I Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в качестве газоразрядного источника света непрерывного излучения для бытового, производственного и общественного освещения.

Известны устройства газоразрядных источников света, в которых световой поток образуется излучением газоразрядной плазмы, которая соз:дается в результате прохождения электричес.кого тока через газы или пары металлов. Газоразрядные источники света та ких устройств состоят из прозрачной вакуумной кг1меры цилиндрической,шаровой или прямоугольной форгфа с впаяннЕ 1ми анодами и катодами. В большинстве случаев областью из.пучения является плазма положительного столба, который представляет собой наибольшую светящуюся зону тлеющего разряда. Основной вклад в излучение плазмы этой зоны разряда вносит резонансное излучение, возникающее за счет возбуждения нейтральных ато-. МОЕ газа под действием электронов 1, 2 и,Гз.

Однако интенсивность излучения положительного столба недостаточна .из-зя малой концентрации зарядоносителей п, что обусловлено слабыми ионизационнЕлми процессами вследствие невысокой средней энергии электронов и амбиполярной диффузией зарядоносителей на ограничивающие стенки разрядной камеры. В результате в положительном столбе интенсивность излучения невелика, а световая отдача не превышает 7%.

10 Из-за малого интервала длин волн в спектре излучения данной плазмы цветопередача сильно отличается от спектра дневного света.

Наиболее близким к предлагаемому

15 является источник света, где используется увеличенная зона интенсивного катодного свечения. Цилиндрическая вакуумная камера этого источника с коаксиально расположенными

20 электродами заполняется рабочим газом до давлений, соответствующих тлеющему разряду. Электроды выполнены штыревыми, причем аноды расположены по образующей внутреннего

25 цилиндра, а катоды - по образующей внешнего цилиндра 4.

Но данный источник света может работать только на стабилизированном источнике постоянного напряжения. При смене ролей у анода и катода в

30 устройстве образуется плазма небрльiijc:fro объема, а интенсивность ее излучения резко падает. Кроме того, рабочие электроды имеют протяженность по всей длине разрядной камеры к занимают значительный объем. В результате этого, данный источник свет работает с недостаточной эффективностью и совсем не может работать на промышленном напряжении. Цель изобретения - повышение эффективности газоразрядного источника света, КПД и расширение эксплуатационных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в газоразрядном источнике света, содержащем вакуумную камеру из прозрачного материала, наполненную рабочим газом до давлений тлеющего разряда, электроды смонтированы у од ного из торцов разрядной камеры,.причем анод выполнен в виде двух пласти чатых спиралеобразных электродов, расположенный соосно и в одной плоскости , а катод - из плоской проволоч ной спирали, соосной с анодом и отстоящей от него на расстоянии, равном половине темного катодного прост ранства тлеющего разряда. На фиг. 1 изображен источник свет с электрической схемой, продольный разрез; на фиг. 2 - аноды, поперечны разрез; на фиг. 3 - катод, поперечный разрез. В цилиндрической камере 1 непоср ственно у одной из ее торцовых стено соосно и в одной плоскости располож ны два спиралеобразных пластинчатых анода 2 и 3 с малым шагом между вит ками. На небольшом-расстоянии от анодов 2 и 3 соосно размещен катод виде проволочной спирали 4, прозрач ность которой составляет 70%. Все свободное пространство разрядного устройства, расположенное справа электродной системы, при зажигании разряда заполняется плазмой катодно свечения 5. С целью исключения стро боскопического эффекта в электричес кую цепь источника включен дроссель Один из вариантов предлагаемого источника света, в котором проводились экспериментальные исследования представляет собой цилиндрическую вакуумную хамеру из стекла диаметром 7,6- и длиной 0,48 м. Диаметр электродов был не более 6,8 Ю м. Витки пластинчатых анодов 2 и 3 по ширине составляли 4 мм., а шаг между ними 2 мм. Катодная спираль 4 имела шаг между витками не более 4 мм.Расстояние d между анодами и катодом подбирались таким образом, что .созд вались односторонние относительно катода 4 условия затрудненного раз ряда, т.е. , где pd - ведение давления наполняемого газа на данное расстояние; р,, - давление газа в 1 торр; d, - толщина темного катодного пространства при р . Еще большие затрудненные услов.ия созданы для возникновения разряда между анодами 2 и 3 при подаче на них переменного напряжения. Расстояние 6 между ними так мало, что при рабочем давлении наполняемого газа в данном устройстве t во много раз меньше средней длины свободного пробега электрона Xg, т.е. е Хе Кроме того, дополнительным препятствием для возникновения разряда между анодами 2 и 3 являются нагрузочные сопротивления 7 и 8. При включении промышленного переменного напряжения через трансформатор в устройстве зажигается короткий тлеющий разряд, в котором разрядные области локализуются справа от рабочих электродов. Слева (до анодов) и справа от спирального катода 4 устанавливается единственное в разряде темное пространство. За ним -располагается протяженное яркое катодное свечение 5, заполняющее все свободное пространство разрядной камеры 1. При небольшой аномальности разряда и р 0,15 торр неона в разрядном устройстве устанавливается ток I и переменное напряжение U 360 В, Плазма катодного свечения 5 имеет форму ярко светящегося столба, диаметр которого равен диаметру спирального катода 4, а длина достигает нескольких десятков сантиметров. Электродная система занимает по длине всего 20 мм. С увеличением аномальности разряда растут яркость и длина плазменного столба. С большой поверхности этого столба испускается интенсивное излучение. Образование плазмы катодного свечения 5 больших размеров в данном источнике света, работающем на переменном напряжении, происходит за счет использования условий затрудненного разряда и выпрямляющего действия электродной системы. Согласно электрической схеме устройства (фиг.1) в первый полупериод приложенного переменного напряжения наибольший потенциал будет на аноде 2. При указанной геометрии разрядного промежутка и подобранном давлении наполняемого газа короткий тлеющий разряд установится между анодом -2 и катодом 4. В этом случае электроны из разрядных зон поступают на анод 2 (анод 3 находится под отрицательным потенциалом), а положительные ионы направляются на спиральный катод 4, где создают вторичную электронную эмиссию (-у-процессы) Для ограничения разрядного тока в цепи анода 1 имеется балластное сопротивление 7. Во втором полупериоде

разряд будет между анодом 3 и католом 4 (на аноде 2 отрицательный по.енциал). Вследствие того, что анод i совмещен в пространстве с анодом 2, разрядные зоны не меняют своего местоположения. По той же причине направленное движение зарядоносителей не меняется. Ограничение разрядного тока в этом полупериоде выполняет сопротивление 7.

В результате того, что в предлага мом изобретении расположение электродов является односторонним,электрическое поле разрядного промежутка является характерным. Согласно проведенным зондовым исследованиям это поле имеет следующую структуру. Против витков катода 4 в направлении катодного свечения напряженность электрического поля спадает от больших значений до нуля. Против просвета между витками напряженность примерно той же величины, но направлена обратно. Электроны, образованные -процессами быстро набирают большую кинетическую энергию под действием сильного электрического поля в направлении катодного свечения. Эту энергию они полностью расходуют на ионизацию и возбуждение нейтральных атомов газа. Часть электронов,образованных в объемной ионизации, наб рая энергию, сама производит акты ионизации. В результате такой двухсторонней ионизации в разрядных зонах возникает значительная концентрация зарядоносителей (ng см) . Большая плотность электронов и ионов обуславливает в плазме катодного свечения интенсивные рекомбинационные процессы. Вследствие этого плазма катодного свечения кроме резонансного испускает еще и интенсивное рекомбинационное излучение.

В итоге, при сравнении со спектро известного излучения плазмы спектр предлагаемого источника света более насыщен интенсивными спектральными . линиями, особенно в коротковолновой части. В связи с тем, что-плазма катодного свечения свободна от электродной системы, ее удельный объем в 12 раз больше, чем в известном устройстве. В электрическую схему данного устройства включен дроссель, что исключает возможность появления стробоскопического эффекта, в то время как имеющиеся источники .света на переменном напряжении не лишены

этого недостатка. Кроме того, в данном источнике света может с успехом использоваться большое разнообразие форм разрядной камеры: короткий цилиндр с большим диаметром, длинный цилиндр , конус, груша (как обычная лампа накаливания).

Таким образом, предлагаемый газоразрядный источник света, работающий на переменном напряжении, с односторонним расположением электродов,

О обладающий интенсивным излучением плазмы катодного свечения больших размеров, имеет ряд предпочтительных характеристик и более высокий КПД по сравнению с известным и дру5гими газоразрядными источниками света, работающими врежиме тлеющего разряда.

Предлагаемый источник света с ука- занньми свойствами может найти ши0рокое и эффективное применение в различных областях светотехники.

Формула изобретения

5

Газоразрядный источник света,содержащий камеру из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим газом до давлений тлен1щего разряда и герметично установленные в

0 ней соосно между собой катод и анод, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности и КПД и расширения эксплуатационных возможностей, анод и катод установ5лены у торца камеры последовательно один за другим в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси камеры, причем катод выполнен в виде -плоской проволочной спирали, а

0 анод - в виде установленных в одной плоскости соосно и с равным шагом двух пластинчатых спиралей, отстоящих от катода ,на расстояние, равное половине длины темного катодного пространства тлеющего разряда.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

5 599296, кл. Н 01 J 61/64, 1978.