Характеристики индукционного ртутного разряда низкого давления в замкнутой трубке

  • Олег [Oleg] Алексеевич [A.] Попов [Popov]
  • Римма [Rimma] Анваровна [A.] Иликеева [Ilikeeva]
  • Светлана [Svetlana] Александровна [A.] Шилова [Shilova]
  • Илья [Ilya] Анатольевич [A.] Ошурков [Oshurkov]
Ключевые слова: индукционный разряд, ртутная плазма низкого давления, катушка индуктивности, трансформаторная модель

Аннотация

Исследованы характеристики безэлектродных бесферритных разрядов низкого давления в замкнутых кварцевых трубках длиной 815 мм и внутренним диаметром 16,6 мм. Разряд возбуждался на частоте 13,56 МГц и мощностях плазмы 10-275 Вт в смеси паров ртути (~ 0,01 Торр) с аргоном (0,5; 1,0 и 2,0 Торр) с помощью катушки индуктивности, размещенной по внешнему периметру разрядной трубки. С увеличением мощности плазмы ВЧ-напряжение и ток катушки возрастают тем быстрее, чем ниже давление аргона. Рассчитанная в рамках трансформаторной модели индукционного разряда зависимость сопротивления плазмы от ее мощности имеет минимум, сдвигающийся с повышением давления аргона в сторону больших мощностей плазмы. Чем ниже давление аргона, тем больше возрастает с мощностью плазмы средняя по сечению плазмы напряженность ВЧ электрического поля, и тем при меньшей мощности плазмы достигается максимум зависимости разрядного тока от мощности плазмы.

Сведения об авторах

Олег [Oleg] Алексеевич [A.] Попов [Popov]

доктор технических наук, профессор кафедры светотехники НИУ «МЭИ», e-mail: popovoleg445@yahoo.com

Римма [Rimma] Анваровна [A.] Иликеева [Ilikeeva]

ассистент кафедры светотехники НИУ «МЭИ»

Светлана [Svetlana] Александровна [A.] Шилова [Shilova]

студент кафедры светотехники НИУ «МЭИ»

Илья [Ilya] Анатольевич [A.] Ошурков [Oshurkov]

ассистент кафедры светотехники НИУ «МЭИ»

Литература

1. Исупов М.В., Кротов С.В., Литвинцев А.Ю., Уланов И.М. Индукционная ультрафиолетовая лампа // Светотехника. 2007. № 5. С. 37—40.
2. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater // J. Water and Environment Technol. 2005. V. 3. No. 1. Pp. 71—76.
3. Левченко В.А., Попов О.А., Свитнев С.А., Старшинов П.В. Электрические и излучательные характеристики лампы трансформаторного типа с разрядной трубкой диаметром 16,6 мм // Светотехника. 2016. № 1. С. 41—44.
4. Свитнев С.А., Попов О.А., Левченко В.А., Старшинов П.В. Характеристики бесферритного индукционного разряда низкого давления. Ч. 2. Излучательные характеристики плазмы // Успехи прикладной физики. 2016. № 4. С. 372—384.
5. Старшинов П.В. и др. Эффективный источник УФ излучения на основе бесферритного индуктивного ртутного разряда в замкнутой трубке малого диаметра // Светотехника. 2020. № 1. С. 56—59.
6. Левченко В.А., Василяк Л.М., Костюченко С.В., Свитнев С.А., Шаранов Е.П. Вакуумное ультрафиолетовое излучение ртутного разряда при давлении инертного газа менее 1 торр // Успехи прикладной физики. 2016. Т. 4. № 3. С. 256—264.
7. Вальшин А.М., Першин С.М., Михеев Г.М. Эффективный ввод энергии в плазму разряда люминесцентной лампы с повышением светоотдачи при резонансной индуктивной накачке // Инженерная физика. 2017. № 2. С. 37—41.
8. Ультрафиолетовые технологии в современном мире / под ред. Кармазинова Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцева Н.Н., Храменкова С.В. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2012.
9. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160—1000 kHz // Plasma Sources Sci. Technol. 2002. V. 11. Pp. 218—227.
10. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. А Simple Analyses of an Inductive RF Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V. 1. No. 3. Pp. 179—186.
11. Годяк В.А., Попов О.А., Ганна А.Х. Влияние слоев пространственного заряда у ВЧ-электродов на электродинамические характеристики ВЧ-разряда // Радиотехника и электроника. 1976. Т. 21. C. 2639—2641.
12. Райзер Ю.П., Шнейдер М.Н., Яценко Н.А. Высокочастотный емкостной разряд. М.: Наука, 1995.
13. Попов О.А., Старшинов П.В., Иликеева Р.А., Буреева Д.А., Ирхин И.В., Левченко В.А. Характеристики индуктора и плазмы бесферритных индукционных амальгамных ультрафиолетовых ламп с замкнутыми трубками малого диаметра // Вестник МЭИ. 2020. № 5. С. 98—111.
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1997. V. 6. No. 4. Pp. 540—550.
15. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.
16. Popov O.A., Maya J. Characteristics of Electrodeless Ferrite-free Fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 1—15 MHz // Plasma Sources Sci. Technol. 2000. V. 9. No. 2. Pp. 227—235.
17. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.
18. Kolobov B.I., Godyak V.A. Electron Kinetics in Low Temperature Plasmas // Phys. Plasmas. 2019. V. 26. P. 060601.
19. Ding Z.F., Sun B., Huo W.G. Characteristics of Anomalous Skin Effect and Evolution of Power Absorption Regions in a Cylindrical Radio Frequency Inductively Coupled Plasma // Phys. Plasmas. 2015. V. 22. P. 063504.
20. Cunge G., Crawly B., Vender D., Turner M.M. Anomalous Skin Effect and Collisionless Power Dissipation in Inductively-coupled Discharges // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. No. 7. Pp. 3580—3589.
21. Hyo-Chang Lee, Seung Ju Oh, Chin-Wook Chung. Experimental Observation of the Skin Effect on Plasma Uniformity in Inductively Coupled Plasmas with a Radio Frequency Bias // Plasma Sources Sci. Technol. 2012. V. 21. No. 3. P. 035003.
22. Александров А.Ф., Вавилин К.В., Кралькина Е.А., Неклюдова П.А., Павлов В.Б. Исследование параметров плазмы индуктивного ВЧ-источника плазмы диаметром 46 см. Ч. I. Параметры плазмы в области скин-слоя // Прикладная физика. 2013. № 5. C. 34—37.
23. Kralkina E.A. e. a. RF Power Absorption by Plasma of a Low-pressure Inductive Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. P. 015016.
24. Trieschmann J., Mussenbrock T. Kinetic Analysis of Negative Power Deposition in Inductive Low-pressure Plasmas // Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. P. 024004.
25. Неклюдова П.А., Кралькина Е.А., Вавилин К.В., Задириев И.И., Никонов А.М. Особенности гибридного высокочастотного разряда низкого давления // Прикладная физика и математика. 2017. № 5. С. 25—33.
26. Иликеева Р.А., Шилова С.А., Попов О.А., Левченко В.А. Индукционная бесферритная ртутная УФ-лампа низкого давления с замкнутой разрядной трубкой, работающая на частоте 13,56 МГц // Светотехника. 2022. № 1. С. 58—62.
---
Для цитирования: Попов О.А., Иликеева Р.А., Шилова С.А., Ошурков И.А. Характеристики индукционного ртутного разряда низкого давления в замкнутой трубке // Вестник МЭИ. 2022. № 2. С. 86—94. DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-86-94.
#
1. Isupov M.V., Krotov S.V., Litvintsev A.Yu., Ulanov I.M. Induktsionnaya Ul'trafioletovaya Lampa. Svetotekhnika. 2007;5:37—40. (in Russian).
2. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater. J. Water and Environment Technol. 2005;3;1:71—76.
3. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Elektricheskie i Izluchatel'nye Kharakteristiki Lampy Transformatornogo Tipa s Razryadnoy Trubkoy Diametrom 16,6 mm. Svetotekhnika. 2016;1:41—44. (in Russian).
4. Svitnev S.A., Popov O.A., Levchenko V.A., Starshinov P.V. Kharakteristiki Besferritnogo Induktsionnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Ch. 2. Izluchatel'nye Kharakteristiki Plazmy. Uspekhi Prikladnoy Fiziki. 2016;4:372—384. (in Russian).
5. Starshinov P.V. i dr. Effektivnyy Istochnik UF Izlucheniya na Osnove Besferritnogo Induktivnogo Rtutnogo Razryada v Zamknutoy Trubke Malogo Diametra. Svetotekhnika. 2020;1:56—59. (in Russian).
6. Levchenko V.A., Vasilyak L.M., Kostyuchenko S.V., Svitnev S.A., Sharanov E.P. Vakuumnoe Ul'trafioletovoe Izluchenie Rtutnogo Razryada pri Davlenii Inertnogo Gaza Menee 1 Torr. Uspekhi Prikladnoy Fiziki. 2016;4;3:256—264. (in Russian).
7. Val'shin A.M., Pershin S.M., Mikheev G.M. Effektivnyy Vvod Energii v Plazmu Razryada Lyuminestsentnoy Lampy s Povysheniem Svetootdachi pri Rezonansnoy Induktivnoy Nakachke. Inzhenernaya Fizika. 2017;2:37—41. (in Russian).
8. Ul'trafioletovye Tekhnologii v Sovremennom Mire. Pod Red. Karmazinova F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtseva N.N., Khramenkova S.V. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2012. (in Russian).
9. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160—1000 kHz. Plasma Sources Sci. Technol. 2002;11:218—227.
10. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1992;1;3:179—186.
11. Godyak V.A., Popov O.A., Ganna A.Kh. Vliyanie Sloev Prostranstvennogo Zaryada u VCH-elektrodov na Elektrodinamicheskie Kharakteristiki VCH-razryada. Radiotekhnika i Elektronika. 1976;21:2639—2641. (in Russian).
12. Rayzer Yu.P., Shneyder M.N., Yatsenko N.A. Vysokochastotnyy Emkostnoy Razryad. M.: Nauka, 1995. (in Russian).
13. Popov O.A., Starshinov P.V., Ilikeeva R.A., Bureeva D.A., Irkhin I.V., Levchenko V.A. Kharakteristiki Induktora i Plazmy Besferritnykh Induktsionnykh Amal'gamnykh Ul'trafioletovykh Lamp s Zamknutymi Trubkami Malogo Diametra. Vestnik MEI. 2020;5:98—111. (in Russian).
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1997;6;4:540—550.
15. Rokhlin G.N. Razryadnye Istochniki Sveta. M.: Energoatomizdat, 1991. (in Russian).
16. Popov O.A., Maya J. Characteristics of Electrodeless Ferrite-free Fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 1—15 MHz. Plasma Sources Sci. Technol. 2000;9;2:227—235.
17. Rayzer Yu.P. Fizika Gazovogo Razryada. M.: Nauka, 1987. (in Russian).
18. Kolobov B.I., Godyak V.A. Electron Kinetics in Low Temperature Plasmas. Phys. Plasmas. 2019;26:060601.
19. Ding Z.F., Sun B., Huo W.G. Characteristics of Anomalous Skin Effect and Evolution of Power Absorption Regions in a Cylindrical Radio Frequency Inductively Coupled Plasma. Phys. Plasmas. 2015;22:063504.
20. Cunge G., Crawly B., Vender D., Turner M.M. Anomalous Skin Effect and Collisionless Power Dissipation in Inductively-coupled Discharges. J. Appl. Phys. 2001;89;7:3580—3589.
21. Hyo-Chang Lee, Seung Ju Oh, Chin-Wook Chung. Experimental Observation of the Skin Effect on Plasma Uniformity in Inductively Coupled Plasmas with a Radio Frequency Bias. Plasma Sources Sci. Technol. 2012;21;3:035003.
22. Aleksandrov A.F., Vavilin K.V., Kral'kina E.A., Neklyudova P.A., Pavlov V.B. Issledovanie Parametrov Plazmy Induktivnogo VCH-istochnika Plazmy Diametrom 46 sm. Ch. I. Parametry Plazmy v Oblasti Skin-sloya. Prikladnaya Fizika. 2013;5:34—37. (in Russian).
23. Kralkina E.A. e. a. RF Power Absorption by Plasma of a Low-pressure Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 2016;25:015016.
24. Trieschmann J., Mussenbrock T. Kinetic Analysis of Negative Power Deposition in Inductive Low-pressure Plasmas. Plasma Sources Sci. Technol. 2017;26:024004.
25. Neklyudova P.A., Kral'kina E.A., Vavilin K.V., Zadiriev I.I., Nikonov A.M. Osobennosti Gibridnogo Vysokochastotnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Prikladnaya Fizika i Matematika. 2017;5:25—33. (in Russian).
26. Ilikeeva R.A., Shilova S.A., Popov O.A., Lev-chenko V.A. Induktsionnaya Besferritnaya Rtutnaya UF-lampa Nizkogo Davleniya s Zamknutoy Razryadnoy Trubkoy, Rabotayushchaya na Сhastote 13,56 MGts. Svetotekhnika. 2022;1:58—62. (in Russian).
---
For citation: Popov O.A., Ilikeeva R.A., Shilova S.A., Oshurkov I.A. The Characteristics of Closed-Loop Inductively Coupled Low Mercury Pressure Discharge. Bulletin of MPEI. 2022;2:86—94. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2022-2-86-94.
Опубликован
2021-09-06
Раздел
Светотехника (05.09.07)