Научный архив: статьи

В работе последовательно рассмотрены предпосылки создания импульсных цезий–ртуть– ксеноновых ИК-источников с двумя сапфировыми оболочками. При этом теоретически выявлены факторы, определяющие параметры излучения газоразрядной лампы, сформирована математическая модель и выполнен расчет температурных, плазменных и радиационных характеристик разряда, а также выполнен комплекс экспериментальных, конструкторских и технологических исследований. Полученные результаты расчетных и экспериментальных исследований позволили впервые создать новое поколение отечественных импульсных газоразрядных источников ИК-излучения с разрядом смеси паров цезия, ртути и ксенона, ограниченным системой из двух сапфировых оболочек.

Статья посвящена рассмотрению особенностей получения вакуумноплотных спаев сапфира с металлами. Выявлено влияние на механическую прочность профилированного сапфира количества блоков и угла разориентации их границ, обоснована температурная зависимость предельного напряжения разрушения труб, проанализированы причины появления огранки у выращенного кристалла, влияние механической обработки (шлифовки и полировки) и высокотемпературного отжига на внутренние напряжения. Показано, что для получения надежного токоввода в сапфировую разрядную трубку, наполненную плазмообразующей средой на основе паров щелочного металла необходимо использовать сплав ниобия НбЦу и стеклокерамический припой на основе системы окислов CaO–Al2O3. Подробно исследованы структурные изменения в сплавах ниобия и в слое стеклокерамического припоя при различных температурах пайки, распределение концентрации ниобия в переходной зоне, выявлен оптимальный режим пайки стеклоцементом. Рассмотрен новый способ получения спая сапфира с металлом комбинацией методов предварительной металлизации и активной пайки. Реализация предложенного способа получения спая осуществляется посредством использования двух магнетронов с медной и титановой мишенями. Разработана математическая модель магнетронного напыления покрытий на вращающийся цилиндрический образец. Проанализирован механизм взаимодействия титана с сапфиром, рассмотрены результаты исследований процессов в глубине слоя металлизации и на границе с сапфиром при пайке медным припоем.

Работа посвящена изучению процессов конденсации пленки амальгамы цезия на поверхности оболочки разрядного объема и способов последующего испарения для формирования плазменного канала в газоразрядной лампе. Проанализированы факторы, определяющие скорость осаждения и равномерность пленки амальгамы, предложено устройство для испарения металлов и зажигания разряда в лампе.

Приведены результаты теоретического анализа и экспериментального исследования влияния условий теплосъема на температурное поле импульсного газоразрядного источника ИКизлучения. На основе математической модели выявлен радиальный профиль цезиевого разряда, ограниченного системой из двух сапфировых оболочек, рассчитан энергетический баланс излучения и конвективного теплосъема при различных коэффициентах теплоотдачи. Экспериментально изучено влияние на температурный профиль лампы расхода и скорости охлаждающего потока, а также теплопроводности газа – теплоносителя, заполняющего зазор между сапфировыми оболочками.

В работе представлены результаты исследований светоотдачи безртутной цезиевой лампы в режиме импульсно-периодического разряда в широком диапазоне давлений цезия (PCs = 10–750 Торр). Обнаружено, что зависимость светоотдачи  от давления PCs носит сложный немонотонный характер: кривая (PCs) имеет максимум 60 лм/Вт при PCs  100–150 Торр, а при дальнейшем увеличении давления светоотдача после спада до 50 лм/Вт начинает снова возрастать и достигает 70 лм/Вт при PCs 1 атм. Этот неожиданный рост связан с контракцией разряда, наблюдавшейся при PCs > > 300 Торр. Полученные значения светоотдачи в полтора раза превышают достигнутый ранее уровень (46 лм/Вт) и практически вдвое больше светоотдачи ксеноновых ламп, имеющих столь же высокий индекс цветопередачи Ra  90–95.

В работе для повышения предельной величины удельной мощности разряда импульсной ксеноновой лампы предлагается произвести замену кварцевого стекла, используемого в качестве материала оболочки, на сапфир. Доказывается более высокая стойкость сапфира к термическим напряжениям, воздействию ударной волны и внутреннего давления разряда. Выполнен расчет конструкции токовводов в сапфировую оболочку импульсной ксеноновой лампы.

Обнаружен необычный тлеющий разряд в смеси Xe–Cs. Его напряжение горения в не-сколько раз меньше, а плотность тока на 1–2 порядка больше, чем напряжение и ток обычного тлеющего разряда в чистых ксеноне и цезии. Такие разряды возникали в осветительных цезиевых лампах импульсно-периодического разряда при их разогреве переменным напряжением перед подачей сильноточных рабочих импульсов при давлении ксенона 20 Торр и в широком диапазоне давлений цезия от 10-6 до 1 Торр. Вероятной причиной возникновения таких разрядов может быть фотоэмиссия с W–Th–Cs структур на электродах под действием интенсивной УФ-радиации катодного слоя.

Работа посвящена изучению теплофизических и радиационных процессов в ходе формирования плазменного канала при прохождении серии импульсов тока импульсно-периодического цезий–ртуть–ксенонового разряда.

Показано влияние на развитие и релаксацию плазменного канала режима вспомогательного разряда, температуры и давления паров металлов. Изучены спектральные характеристики при прохождении каждого из импульсов тока.

Исследованы спектральные характеристики излучения импульсного разряда в цезий–ртуть-ксеноновой смеси при формировании плазменного канала с момента зажигания до выхода в номинальный режим работы импульсной лампы. Показано, что по мере наращивания электрической мощности разряда спектральные линии излучения паров ртути изменяют свою интенсивность, а линии цезия самообращаются. Выявлено, что интенсивность спектральных линий в разных областях плазменного канала отличается в связи с наличием продольных градиентов температуры.

Приведены результаты экспериментальных исследований пространственного распределения излучения импульсных ксеноновых ламп с прямой и U-образной конфигурацией плазменного канала в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне. Показана зависимость формы индикатрисы от конструктивных особенностей импульсной лампы, коэффициентов поглощения плазмы и оболочки, ограничивающей разряд.

Исследовано влияние на параметры разряда в цезий – ртуть – ксеноновой парогазовой смеси возвращенного обратно в плазму собственного излучения газоразрядной лампы. Изучены трансформация спектра излучения, формирование плазменного канала при достижении квазистационарной стадии. В результате исследования самообращения резонансной линии цезия доказана определяющая роль роста давления паров плазмообразующей среды на изменение характеристик плазмы.

Работа посвящена разработке методики пирометрической регистрации температуры нагретых полупрозрачных материалов и рассмотрению результатов исследования тепловых полей кварцевой и сапфировой оболочек различных газоразрядных источников излучения. Показано влияние на температурное состояние оболочки конструктивных параметров лампы, удельной мощности разряда, теплопроводности плазмообразующей среды, свойств материала колбы, условий эксплуатации, пространственного расположения источника излучения.