РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА І ТЕХНІКА ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВЗДОВЖНЬОГО ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ НА СУМІШАХ
ІНЕРТНИХ ГАЗІВ З МОЛЕКУЛАМИ ЙОДУ І БРОМУ
В цьому розділі представлено методику дослідження оптичних, електричних та
просторових характеристик випромінювання газорозрядної плазми повздовжнього
тліючого розряду низького тиску. Наведено схему експериментальної установки,
конструкцію розрядної трубки, методику проведення досліджень та визначення
похибок вимірювань.
2.1. Експериментальна установка для дослідження випромінювання газорозрядної
плазми в ВУФ і УФ області спектру
Для дослідження емісійних характеристик плазми газорозрядних джерел
випромінювання на суміші інертних газів з парами йоду та брому ми
використовували газорозрядні трубки, в яких розряд збуджувався повздовжним
тліючим розрядом. В різних серіях експериментів були застосовані циліндричні
кварцові трубки довжиною 10, 19 та 50 см, опис яких буде наведено далі.
Схема експериментальної установки для дослідження тліючого розряду постійного
струму при використанні короткої розрядної трубки довжиною L = 10 см з
відкритими торцями, приведена на рис.2.1. Вона складалась з розрядної камери
(РК), вакуумного монохроматора (ВМ) і системи реєстрації ультрафіолетового (УФ)
і вакуумного (ВУФ) випромінювання. Тліючий розряд постійного струму запалювався
в кварцовій трубці (3) з внутрішнім діаметром 1.4 см, розміщеній в розрядній
камері (РК). Відстань між анодом і катодом складала 10 см. Анод і катод лампи
були виготовлені з листового нікелю у
вигляді циліндрів завдовжки 1.5 см і зовнішнім діаметром 1.4 см. Розрядна
ФЭУ-142
Рис.2.1. Оптична схема експериментальної установки для дослідження
випромінювання повздовжнього тліючого розряду при використанні розрядної трубки
довжиною 10 см з відкритими торцями: РК – розрядна камера, ВМ - вакуумний
монохроматор, ДГ - дифракційна гратка, 1 - віконце з LiF, 2 – вхідна щілина
вакуумного монохроматора, 3 – розрядна трубка, 4 - кварцове віконце, 5 – лінза,
6 - фотоелектронний помножувач ФЭУ-106, 7 – підсилювач У5-9, 8 – електронний
потенціометр КСП-4.
камера приєднувалась до вакуумного монохроматора (ВМ) через LiF - віконце (1)
(рис.2.1.). Ми використовували 70-градусний півметровий вакуумний монохроматор,
побудований за схемою Сейя-Наміока. Вхідна щілина (2) монохроматора
розміщувалась перед віконцем (1) і знаходилась на вісі розрядної трубки.
Випромінювання у ВУФ області спектру відбиралось через відкритий торець
розрядної трубки (3) і реєструвалось за допомогою фотопомножувача ФЭУ-142.
Ультрафіолетове (УФ) випромінювання реєструвалось за допомогою монохроматора
МДР-2 і ФЭУ-106 (6) через кварцове вікно (4). Випромінювання фокусувалось на
вхідну щілину МДР-2 за допомогою кварцової лінзи (5), що знаходилась на
подвійній фокусній відстані від джерела випромінювання.
Електричний сигнал з фотоелектронного помножувача (ФЕП) (ФЭУ-142 або ФЭУ-106)
(6) підсилювався за допомогою підсилювача постійного струму У5-9 (7) і
реєструвався електронним потенціометром КСП-4 (8).
Нами використовувались також розрядні трубки, що знаходились зовні розрядної
камери, але були вакуумноз’єднані з нею. В цьому випадку розрядні трубки
розміщувались безпосередньо перед монохроматором МДР-2 на подвійній фокусній
відстані лінзи (5). Ультрафіолетове випромінювання реєструвалось як з торця,
так і впоперек розрядної трубки за допомогою фотоелектронного помножувача
ФЭУ-106 (6) та підсилювача У5-9 (7) і КСП-4 (8) (рис.2.1.).
Вакуумний монохроматор відкачувався до залишкового тиску ~ 10-4 Па вакуумним
агрегатом ВА 4-05. Розрядна камера і трубка відкачувались форвакуумним насосом
до залишкового тиску 5-7 Па. Перед заправкою робочою сумішшю розрядна камера
(трубка) неодноразово промивалася спектрально чистими інертними газами (He, Ne)
і знегажувалась шляхом запалювання тліючого розряду при максимальному струмі.
Критерієм готовності розрядної трубки до проведення експериментів була
практично повна відсутність (приблизно на два порядки нижче, ніж яскравість
випромінювання смуги 342 нм І2 ) випромінювання смуг другої позитивної системи
молекули азоту (основна смуга 337.1 нм N2(C-B)) в спектральному діапазоні
300-400 нм.
Кристалічний йод високої чистоти був розміщений в окремій кюветі, що
знаходилась в розрядній камері, або у спеціальному відростку, який знаходився
за анодом розрядної трубки (для трубок при зовнішньому розміщенні). Інертні
гази і пари брому напускались із вакуумної газозмішувальної системи, де був
встановлений спеціальний балончик із хімічно чистим бромом і вакуумним краном.
Тиск насичених парів йоду в розрядній трубці визначався за температурою
найбільш холодної частини розрядної камери з використанням даних [106] і
знаходились в межах 100-200 Па. Газові суміші готувались у газозмішувальній
системі з точністю (за парціальним тиском компонент) 30 Па.
Тліючий розряд запалювався через опір 2.4 кОм, який служив для обмеження
струму, від високовольтного випрямляча, розрахованого на напругу до 30 кВ і
середній струм навантаження до 100 мА.
2.2. Конструкція газорозрядної трубки
При дослідженні випромінювання газорозрядної плазми на суміші інертних газів з
парами йоду ми використовували два типи розрядних трубок. Перші були розміщені
в середині розрядної камери (рис.2.1), а інші розміщувались зовні камери, але
були вакуумноз’єднані з камерою. Схематичне зображення трубки для одержання
повздовжнього тліючого розряду, що розміщувалась зовні камери, представлено на
рис.2.2. Вона складалась з циліндричної кварцової трубки (2), електродів (1),
відростка (6) з кристалами йоду (5). До аноду л