低氣壓輝光放電中的條紋不穩(wěn)定性現(xiàn)象最早于19 世紀(jì)30 年代由麥克爾·法拉第（Michael Faraday）首先發(fā)現(xiàn)。此后，相關(guān)的研究工作在國際上一直處于比較熱門的行列。1968 年，佩克雷克（Pekarek）總結(jié)了前人對稀有氣體中的條紋不穩(wěn)定性的研究，給出了條紋不穩(wěn)定性的色散關(guān)系曲線。隨著研究的不斷深入，電子動(dòng)力學(xué)在條紋不穩(wěn)定性的研究中扮演了越來越重要的角色。岑丁（Tsendin）利用非局域場近似和“黑墻假設(shè)”，求得了電子的玻爾茲曼方程（Boltzmann Equation）的一個(gè)解析解，該解析解是空間的周期函數(shù)。他提出，高能電子的非局域性是造成放電出現(xiàn)條紋不穩(wěn)定性的原因。格魯伯夫斯基（Golubovskii）深化了岑丁的研究，并通過理論以及實(shí)驗(yàn)手段，進(jìn)一步對稀有氣體中的條紋不穩(wěn)定性的成因進(jìn)行了研究。
中國照明網(wǎng)技術(shù)論文·電光源 防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
2006 年，科洛博夫（Kolobov）總結(jié)了自20 實(shí)際70 年代以來，條紋不穩(wěn)定性研究的動(dòng)向及成果；指出，關(guān)于條紋不穩(wěn)定性放電的具體成因及物理過程，仍然需要更為全面細(xì)致的研究。在照明行業(yè)中，低氣壓輝光放電是最為重要的發(fā)光原理之一，與之相關(guān)的理論及實(shí)驗(yàn)研究也頗為廣泛。熒光燈中的條紋不穩(wěn)定性一直比較受關(guān)注，因?yàn)樗鼤?huì)給被照環(huán)境帶來非常不利的影響。國內(nèi)國外相關(guān)的研究工作表明，熒光燈中的條紋不穩(wěn)定性可能來自電極區(qū)，而且條紋的性質(zhì)會(huì)隨外界溫度的變化而變化。在本文中，我們將對熒光燈中的條紋不穩(wěn)性進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)研究，對其可能的成因以及影響因素進(jìn)行分析。
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本文共分三個(gè)部分：1．實(shí)驗(yàn)介紹；2．實(shí)驗(yàn)過程、結(jié)果及討論；3．結(jié)論。
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1． 實(shí)驗(yàn)介紹 防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
實(shí)驗(yàn)主電路由36W T8 熒光燈管、與其匹配的電感鎮(zhèn)流器、起輝器連接而成。整個(gè)電路由一個(gè)可調(diào)壓變壓器供電。該變壓器的輸出范圍為20V～250V 50Hz AC。燈的電壓以及電流由相應(yīng)探頭測得。燈的光輸出由一個(gè)光電二極管接收，然后輸入到示波器中。通過對該光信號進(jìn)行濾波變換，濾得其中的高頻分量，我們就可以得到條紋不穩(wěn)定性的一些參量，比如，頻率，相對強(qiáng)度等。燈的發(fā)射光譜由一個(gè)Ocean Optics 光譜儀測量。實(shí)驗(yàn)電路及設(shè)備如圖1所
從圖2b 中可以看出，在低溫時(shí)，光信號具有幅值較大的高頻分量；這對應(yīng)了相對較強(qiáng)的條紋不穩(wěn)定性。當(dāng)溫度升高時(shí)，高頻分量的幅值迅速下降，即條紋不穩(wěn)定性變得越來越不明顯。將圖2a、圖2b 的現(xiàn)象結(jié)合起來，我們可以知道，當(dāng)燈管的冷端溫度降低后，汞蒸汽壓大幅下降，電子與稀有氣體原子的非彈性碰撞頻率增加，電子溫度上升；而此時(shí)，燈管中會(huì)出現(xiàn)較為明顯的條紋不穩(wěn)定性。因此，較低的汞蒸汽壓和較高的電子溫度，是熒光燈中條紋不穩(wěn)定性出現(xiàn)的原因。更具體的說來，由于汞蒸汽壓的降低，電子與稀有氣體的非彈性碰撞頻率升高，被激發(fā)的稀有氣體原子數(shù)量大為上升。由于稀有氣體的激發(fā)態(tài)能量都非常高（大于10eV），所以大量的高能電子被消耗。而激發(fā)態(tài)的稀有氣體原子的電離能相對較小，所以稀有氣體原子的分步電離在電子產(chǎn)生中具有越來越重要的作用。這是低氣壓稀有氣體放電中出現(xiàn)條紋不穩(wěn)定性的重要原因，同時(shí)也是熒光燈在冷端溫度降低時(shí)出現(xiàn)條紋不穩(wěn)定性的重要原因。
防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
岡德曼（Gundermann）的研究工作曾經(jīng)證實(shí)，潘寧效應(yīng)（Penning Effect）有助于抑制稀有氣體中的條紋不穩(wěn)定性。其原因在于處于激發(fā)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的稀有氣體原子濃度會(huì)被潘寧效應(yīng)大為削減?？紤]到氬和汞之間也存在著很強(qiáng)的潘寧效應(yīng)，我們也可以認(rèn)為工作在正常狀態(tài)下的熒光燈當(dāng)中有足夠高的汞原子濃度來猝滅激發(fā)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的氬原子，從而抑制條紋不穩(wěn)定性的出現(xiàn)。而當(dāng)冷端溫度降低，汞蒸汽壓下降后，這種猝滅效應(yīng)被削弱，對條紋不穩(wěn)定性的抑制作用也被削弱了。這也從另外一個(gè)方面印證了上述分析，即大量氬原子的分步電離是產(chǎn)生條紋不穩(wěn)定性的重要原因。防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過冷卻的燈管只在冷卻的部分有條紋不穩(wěn)定性，在其他區(qū)域，并沒有探測到條紋不穩(wěn)定性。這也可以利用上面的原理解釋。雖然燈管經(jīng)過局部冷卻，但汞原子在燈管內(nèi)的遷移需要時(shí)間。因此，未經(jīng)冷卻的燈管區(qū)域內(nèi)，汞原子的濃度依然足夠高，條紋不穩(wěn)定性依然受到抑制。
3．結(jié) 論 防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
本文通過實(shí)驗(yàn)手段對熒光燈中的條紋不穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在50Hz 的工作條件下，條紋不穩(wěn)定性與陰極區(qū)的擾動(dòng)無關(guān)；而與燈管的冷端溫度有很大關(guān)系。通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)及分析得知，在實(shí)驗(yàn)條件下，燈管中的條紋不穩(wěn)定性主要源自氬原子的分步激發(fā)和電離。汞除了作為主要發(fā)光物質(zhì)存在以外，還可以猝滅激發(fā)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的氬原子，是穩(wěn)定放電的一個(gè)重要因素。
防爆應(yīng)急燈\ 照明應(yīng)急兩用燈、供應(yīng)應(yīng)急燈
參考文獻(xiàn)
[1] L. Pekarek, Ionization waves (striations) in a discharge plasma, Soviet Physics Uspekhi，Vol.11, No.2 1968, p. [6] T. Kajiwara and M. Sano, Investigation of moving striations in a low-pressure Hg-Ar
discharge: II. Study of the mechanism of the occurrence, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999)
pp.918
[7] S. Gundermann, Thesis, Univ. Greifswald, Germany (1960)
