ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ОБОЛОЧКИ НАТРИЕВОЙ ЛАМПЫ НА ИОННЫЙ ТОК ЭМИССИИ

Свешников В. К. Васильченко В. Г.

ФГБОУ ВПО «МордГПИ им. М. Е. Евсевьева», г. Саранск, Россия

В процессе эксплуатации натриевых ламп происходит убыль натрия из объема разрядной трубки (РТ) в виде ионов. Вследствие утечки натрия из РТ происходит ухудшение электрических и световых характеристик ламп и их преждевременный выход из строя, кроме того, эффективный источник ионов натрия на основе, возбуждаемой в РТ плазмы может быть получен при заданной структуре поверхности оболочки РТ.

Совершенствование конструкции и технологии изготовления приборов с парами натрия и контроль их качества требует изучения влияния структуры оболочки РТ на утечку натрия из её объема.

Для установления количественной связи между ионным током утечки натрия из РТ с различной структурой нами рассмотрены два случая. В первом случае утечка натрия происходит в трубке, имеющей крупнозернистую структуру оболочки с эффективным коэффициентом диффузии . Она характеризуется средним линейным размером зерна и шириной границы между кристаллами. Вторая трубка с коэффициентом диффузии изготовлена из тех же исходных материалов и имеет мелкозернистую структуру. Средние размеры зерна и ширина стеклофазы у нее – соответственно и . Относительные диэлектрические проницаемости трубок соответственно равны и . Разрядные трубки, имеющие одинаковые размеры, наполнены инертным газом при одном и том же давлении и содержат одинаковое количество амальгамы натрия.

Ток ионов натрия, эмиттируемого первой трубкой при температуре и напряженности электрического поля на трубке, определяется из формулы[1]:

(1)

Эффективный коэффициент диффузии натрия связан с размерами , и коэффициентами диффузии по объему и границам зерен выражением[1].

(2)

Подставляя (2) в (1), получим

(3)

Аналогично находим выражение для тока , с трубки, имеющей мелкозернистую структуру, при тех же условиях

(4)

Поскольку оболочки трубок изготовлены из одних и тех же материалов, отобраны из одной партии и отличаются только структурой, то очевидно, что и . Тогда поделив (4) на (3) и выразив ток получим

. (5)

Так как , то выражение (5) примет вид

(6)

В формуле (6) и , следовательно, , поэтому в одинаковых условиях ионный ток натрия с поверхности трубки, имеющей мелкозернистую структуру, будет в раз больше, чем с поверхности трубки, имеющей крупнозернистую структуру.

В таблице 1 даны значения отношения ионных токов, снимаемых с РТ натриевых ламп ДнаТ - 400 с крупнозернистой и мелкозернистой структурами. Средние размеры зерен составляли ; , а ширина прослойки между зернами составляла ; . Трубки дозировались ксеноном при давлении и амальгамой натрия с содержанием в ней 0,8 атомных долей натрия. Электрическая мощность, рассеиваемая на трубках, поддерживалась равной .

Таблица 1.

			Расхождение, %
1350	3,84	3,88	1
1500	3,25	3,88	19

Из таблицы 1 следует, что с увеличением температуры происходит уменьшение отношения ионных токов. Это объясняется резким возрастанием коэффициента диффузии натрия с температурой по зернам, чем по границам кристаллов. В стеклофазе, которая неоднородна по своему составу, коэффициент диффузии с температурой возрастает медленнее. Расхождение между соотношениями и при температуре 1500 К составляет 19 %. Следовательно, ионный ток, эмитируемый РТ, тем выше, чем развитее у нее поверхность стеклофазы.

Таким образом, по измеренной величине ионного тока с РТ можно судить о наличии дефектов в ней, приводящих к утечке натрия. Эффективный источник ионов натрия может быть получен с использованием РТ, оболочки, которых имеют мелкозернистую структуру и развитую поверхность стеклофазы.

Литература

1. Свешников В.К. Диффузия натрия в системе разрядная трубка – внешний электрод натриевой лампы. Ист. излучения: Межвуз.сб.науч.работ / под ред. В.К. Свешникова; Мордов.гос.пед.ин-т. – Саранск, 1999.-с.28-36. 59

2. Кониченко В.С., Макарова Т.В., Мальцев А.К., Мордюк В.С., Мордюк Г.П., Черкашин В.И. О влиянии характеристик структуры поликоровых трубок и связанной с ним диффузионной утечки натрия на стабильность световой отдачи натриевой лампы высокого давления // Эл. ист. света. Тр. ВНИИИС. Саранск: изд. ВНИИИС. 1976. Вып.7., стр.64. 37