СВЧ-разряд в аргон-серной смеси в высокоэффективном источнике света с малой мощностью питания

• Автор: Щукин, Антон Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

ГЛАВА I. ПРОЦЕССЫ СВЕТОИЗЛУЧЕНИЯ АРГОН-СЕРНОЙ СМЕСИ В СВЧ-РАЗРЯДЕ
1.1. Классификация источников света
1.2. Теоретические основы аргон-серных источников света
1.3. Полиморфизм серы
1.4. Физические явления, вызывающие световое излучение молекул серы
1.5. Оценка необходимой напряженности электрического поля
ГЛАВА II. ВЫБОР ТИПА РЕЗОНАТОРА ДЛЯ СВЧ - ИСТОЧНИКА СВЕТА
2.1. Анализ ЭДХ резонаторных камер для СВЧ - источника света
2.2. Выбор рабочего вида колебаний резонаторной камеры
2.3. Расчет ЭДХ резонаторных рабочих камер
2.4. Экспериментальное исследование СВЧ-источника света на основе резонатора с Е°ою видом колебаний
ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ СВЧ-ИСТОНИКОВ СВЕТА С МАЛОЙ МОЩНОСТЬЮ ПИТАНИЯ
3.1. Расчет ЭДХ резонаторных рабочих камер малых размеров
3.2. Конструирование основных элементов СВЧ-источника света
3.3. Экспериментальное исследование ЭДХ рабочей камеры
3.4. Измерение световых характеристик источника света
3.5. Измерение теплового режима
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность работы.
Проблема создания эффективных источников света является одной из старых, но не потерявшей своей актуальности проблем и поэтому всегда привлекала ученых и инженеров [1]. Сущность этой проблемы сводится к следующему.
Фотосфера (слой, излучающий свет) образует видимую поверхность Солнца. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца. Температура в фотосфере достигает в среднем 5800К и максимум излучения приходится на Л.=600нм. При этом на диапазон чувствительности человеческого глаза приходится 31% излучаемой энергии. Это означает, что КПД Солнца как источника света равен 31%. К сожалению, ни один из элементов периодической таблицы нельзя нагреть до такой температуры и поэтому максимум излучения для всех ламп накаливания приходится на более длинные волны, поскольку для любого нагретого тела справедлив закон Х,-Т=соп81 (В.1). Именно поэтому лампы накаливания, имеют КПД порядка 3% (температура плавления вольфрама порядка 3680 К). Более высокий КПД (10-15%) имеют люминесцентные лампы, но их спектральные характеристики существенно отличаются от спектральных характеристик Солнца.
В принципе высокоэффективный СВЧ-источник света можно создать на основе плазмы, если некоторый объем, ограниченный плазмой, нагреть до температуры 5800К, т.е. если в лабораторных условиях создать искусственное солнце, которое имело бы КПД преобразования вложенной в него энергии в свет на уровне 31% [1]. К сожалению, эта на первый взгляд простая задача не имеет интересного для практического использования решения. На самом деле, плазма будет излучать как абсолютно черное тело.

При Т»6000К радиус плазменного шара будет порядка 1см. Плазма будет излучать как абсолютно черное тело, если она будет достаточно плотной. Но не эта проблема будет главной.
В.1. Зависимость спектральной плотности излучения тела и(7.) от температуры.
Дело в том, что плазменный шарик радиусом 1 см, нагретый до 6000°С, излучил бы, по закону Стефана-Больцмана, мощность У=сгТ48=92кВт. Поэтому для создания такого источника потребовался бы СВЧ-генератор с мощностью более 100 кВт. Все вышесказанное побуждает время от времени возвращаться к вопросу о возможности повышения КПД источников света на основе новейших достижений в различных областях физики.
Большой интерес вызывают источники так называемого микроволнового света, возникающего под действием СВЧ-разряда в различных средах.
Прототипом микроволновых источников света являются люминесцентные лампы, в которых используется разряд в смеси содержащей буферный газ и ртуть. Для смещения ультрафиолетового излучения ртути в область видимого света стенки лампы покрываются

ж~е4 У Е
—Ші— , т

Рис. 3.1. Волноводы, нагруженные однорядными штыревыми гребенчатыми структурами

Рис. 3.2. Волноводы, нагруженные двухрядными штыревыми гребенчатыми структурами
В области штырей (у<0) основной вклад в поле первой симметричной волны дает ТЕМ-волна многопроводной линии, а поле первой антисимметричной - Н-волна этой линии, так как ТЕМ-волны с