Компьютерное моделирование и расчет оксидного катода натриевой лампы низкого давления

• Автор: Базаркин, Александр Федорович
• Шифр специальности: 05.09.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 136 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОКСИДНЫХ КАТОДАХ
1.1 Особенности конструкции катодов электровакуумных и газоразрядных приборов
1.2 Формирование эмиссионного слоя катода
1.3 Взаимодействие керна катода с оксидным слоем
1.4 Термоэлектронная эмиссия
1.5 Влияние состояния поверхности катода на термоэлектронную эмиссию
1.6 Влияние натрия на физические свойства оксидных катодов
1.7 Моделирование физических процессов в оксидном катоде
1.8 Выводы и задачи работы
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
ОКСИДНОГО КАТОДА
2.1 Математическая модель работы выхода оксидного катода
2.2 Компьютерный расчет параметров бариевого катода
2.2.1 Алгоритм расчета параметров бариевого катода
2.2.2 Расчет работы выхода и электропроводности бариевого катода
2.3 Особенности расчета параметров оксидного катода на основе ("ВаЬгСа)
2.4 Расчет работы выхода и электропроводности оксидного покрытия (ВаЗгСа)О
Выводы
3 КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ОКСИДНОГО
КАТОДА ПРИ АДСОРБЦИИ НАТРИЯ
3.1 Адсорбция натрия на оксидном катоде
3.2 Диффузия атомов натрия и восстановление бария в объеме катода
3.3. Влияние натрия на работу выхода бариевого катода
3.4 Компьютерное моделирование работы выхода бариевого катода
при адсорбции натрия
3.5 Компьютерный расчет работы выхода и электропроводности оксида бария и тройного оксида при воздействии натрия
3.5.1 Работа выхода электронов и электропроводность оксидного катода без учета диффузии натрия
3.5.2 Работа выхода электронов и электропроводность оксидного катода с учетом диффузии натрия
Выводы
4 КОМПЬЮТЕРНЫЙ РАСЧЕТ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛОГО КАТОДА В НАТРИЕВОЙ ЛАМПЕ ДНаО-
4.1 Оптимизация конструкции натриевой лампы
4.2 Использование полого катода в натриевых лампах низкого давления.
4.3 Уравнение баланса подводимой и рассеиваемой катодом электрической мощности
4.4 Расчет параметров полого катода натриевой лампы ДНаО-85М
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Приоритетным направлением в современной энергетике является дальнейшее развитие энергоэкономичных источников света, среди них особо выделяются натриевые лампы низкого давления (НЛНД). Теоретический предел их световой отдачи составляет 478 лм/Вт, т.е. 80 % подведенной к плазменному столбу разряда электрической энергии может быть преобразовано в видимое излучение. Гене-рируемое НЛНД излучение длиной волны 589,0-589,6 нм близко к максимальной чувствительности глаза. Монохроматический желтый свет НЛНД способствует высокой видимости предметов благодаря исключению хроматической аберрации. Он хорошо проникает сквозь пыль, туман и обладает малым слепящим действием. В связи с этим НЛНД широко используются за рубежом для освещения автострад, аэропортов, судоверфей, туннелей, подземных пешеходных переходов, строительных площадок.
В настоящее время НЛНД с U - образной разрядной трубкой изготавливают такие фирмы как «Osram» (Германия), «Philips» (Нидерланды), «Thom» (Великобритания), «Toshiba» (Япония) и «Sylvania» (США). Световая отдача серийно выпускаемых за рубежом НЛНД составляет 160-200 лм/Вт, что в 1,6 раза выше световой отдачи натриевой лампы высокого давления (НЛВД) и в 1,5-2 раза больше чем у светодиодных ламп [1]. Срок службы НЛНД составляет 18000 часов. Такие лампы соответствуют требованиям европейских природоохранных стандартов WEEE об утилизации.
В СССР разработана НЛНД с прямой разрядной трубкой ДНаО-85 (Дуговая Натриевая Осветительная лампа мощностью 85 Вт). Эти лампы выпускались промышленностью отдельными партиями. С 1974 года их выпуск по мере расширения производства НЛВД, а так же из-за сложности технологии производства сократился и был прекращен. Однако научно-технические достижения последнего десятилетия в значительной степени сняли технологические проблемы. В связи с

натрия [42]. Увеличение температуры катода приводит к снижению работы выхода на 0,3-0,4 эВ. Нагревание же катода до температуры свыше 800 К приводит к увеличению работы выхода катода вследствие десорбции с него натрия. Высокая эмиссионная активность бариевого катода возможна при температуре, не превышающей 800 К.
В [43, 44] приведены результаты исследований влияния натрия на коэффициент 8 вторичной электронной эмиссии катода. Исследования проводились статическим способом. Напыление натрия на катод приводит к возрастанию 5 на 14-19 % в диапазоне изменения энергии первичных электронов от 50 до 500 эВ, что связано с восстановлением бария из его оксида натрием.
Коэффициент вторичной электронной эмиссии связан с толщиной пленки выражением [45]:
8 = 80 ехр (- + 8„а [1 - ехр (- ^)], (25)
где 80, 8Ма - соответственно коэффициенты вторичной электронной эмиссии оксида и пленки натрия, кМа- толщина пленки натрия, ЬМа - длина поглощения электронов пленкой натрия.
С увеличением толщины пленки натрия на оксиде бария 8 уменьшается и при толщине пленки 9,5 • 10'9 м принимает значение, близкое к значению для натрия. Максимальная эффективность вторично-электронных бариевых катодов достигается при толщине пленки натрия, меньшей 2 • 10'9 м.
Воздействие натрия на оксидный катод приводит к увеличению коэффициента у ионно-электронной эмиссии. В работе [46] приведены результаты исследования влияния натрия на коэффициент у. Из результатов измерений следует, что коэффициент у возрастает на 50 %. Он слабо зависит от напряженности электрического поля.
Металлическая пленка натрия, контактирующая с оксидным катодом, представляющим собой полупроводник п-типа с меньшей работой выхода, чем натрий, образует диод Шоттки. Этот факт является одной из причин нестабильности напряжения зажигания разряда. Формирование диода Шоттки на бариевом ка-