222nm gaz deşarjının genel özellikleri
Bu yazıda incelenen birincil gaz deşarjı tipi korona deşarjıdır. Korona deşarjı parlamaya veya ark haline geldikçe, ultraviyole radyasyon da benzer şekilde artar ve her ikisinin de gelişim eğilimleri tutarlıdır. Bu nedenle burada araştırma nesnesi olarak korona deşarjı alınmıştır.
1. Korona Deşarjı
Düzgün olmayan-bir elektrik alanında, eğer bir elektron çığı Townsend kendi kendini-destekleyen deşarj durumuna ulaşırsa veya tam boşluk bozulmasına dönüşmeden bir şerite dönüşürse, yüksek-alan elektrotunda yoğun iyonlaşma meydana gelecek ve lüminesansın eşlik ettiği lokalize kendi kendini-sürdüren bir deşarjla sonuçlanacaktır. Bu olay korona deşarjı olarak bilinir. Korona deşarjı atmosferik basınç veya daha yüksek altında, elektrot küçük bir eğrilik yarıçapına sahip olduğunda, deşarj alanındaki elektrik alanı dağılımı oldukça düzensiz olduğunda ve elektrot yüzeyi yakınındaki alan kuvveti çok güçlü olduğunda meydana gelir.
Elektrotun yakınında parlak bir korona katmanı bulunur (iyonizasyon katmanı veya parıltı katmanı olarak da bilinir). Bu katmanın içindeki elektrik alanı son derece güçlüdür ve yoğun iyonizasyon ve uyarılma üretir; bu sırada uyarılmış parçacıkların-de uyarılması, 222 nm karakteristik dalga boyunu da içeren uzak-morötesi radyasyon üretir. Korona tabakasının dışında, elektrik alanı zayıftır ve iyonizasyon veya uyarım çok az meydana gelir veya hiç meydana gelmez. Bu bölgeye korona deşarjının dış bölgesi denir ve soluk parıltılı karanlık bir bölge olarak görünür. Pozitif ve negatif yüklü parçacıklar zayıf elektrik alanı altında hareket ederek bu alanın elektriksel iletkenliğini belirler. Korona katmanındaki güçlü alandan dış bölgedeki zayıf alana geçiş ani olmaktan çok kademelidir. Sonuç olarak, iyonizasyon ve uyarılmanın yoğunluğu da güçlüden zayıfa doğru kademeli olarak azalır.
Korona deşarjında elektrotların geometrisi genellikle çok önemli bir rol oynar. Elektrik alanının tek biçimli olmaması, ana iyonlaşma sürecini, özellikle küçük eğrilik yarıçapına sahip elektrotların yakınındaki ince katmanlarda, yerel alanın son derece yüksek olduğu elektrotun yakınındaki bölgelerle sınırlar. Gazın lüminesansı yalnızca iyonlaşma bölgesi, korona tabakası veya parıltı tabakası olarak adlandırılan bu bölgede meydana gelir. Bu bölgenin ötesinde, zayıf elektrik alanı nedeniyle iyonlaşma minimum düzeydedir veya yoktur ve akımın iletimi pozitif iyonların, negatif iyonların veya elektronların sürüklenmesine dayanır. Bu nedenle iyonizasyon bölgesinin dışındaki bölgeye sürüklenme bölgesi veya dış bölge adı verilir. Yalnızca bir elektrot korona üretiyorsa, sürüklenme bölgesi ağırlıklı olarak tek kutuplu yüklü parçacıklar içerir ve bu da tek kutuplu akımla sonuçlanır.
Korona deşarjının mevcut yoğunluğu, elektrotlar arasında uygulanan voltaja, elektrot şekline,-elektrotlar arası mesafeye, gaz özelliklerine ve yoğunluğa bağlıdır. Korona deşarjı, kendisini-başlatmak veya sürdürmek için hiçbir harici iyonizasyon kaynağı gerektirmeyen, kendi kendini sürdüren bir deşarjdır. Ayrıca, bir korona deşarjındaki voltaj düşüşü, dış devredeki dirence bağlı değildir ancak sürüklenme bölgesinin iletkenliği tarafından belirlenir. Sürüklenme bölgesinde tek kutuplu uzay yükü mevcut olduğunda, akım akışını engeller ve korona deşarjındaki voltaj düşüşünün çoğu bu sürüklenme bölgesine düşer.
Korona Taburculuğunun Başlatılması ve Diğer Taburcu Formlarına Geçiş
Elektrotlar arasındaki voltaj sıfırdan kademeli olarak arttıkça, başlangıçta yalnızca-kendi kendini{-sürdürmeyen karanlık deşarj meydana gelir ve boşluktaki artık iyonizasyon tarafından belirlenen çok zayıf bir akım vardır. Voltaj "korona başlangıç voltajına" ulaştığında (daha sonra ayrıntılı olarak ele alınacaktır),-kendi kendini desteklemeyen{-karanlık deşarj korona deşarjına geçerek kendi-kendini sürdürme koşulunu karşılar:
Korona deşarjında üst entegrasyon sınırı d, elektrotlar arası mesafenin tamamını- temsil etmez, yalnızca küçük eğrilik yarıçapına sahip elektrot yakınındaki korona katmanının kalınlığını temsil eder. Bu kalınlık d içerisinde, çarpışma iyonizasyonu ve uyarımı üretmek için yeterince güçlü bir elektrik alanı oluşturulur. Uyarılmış parçacıkların kendiliğinden ışınımsal geçişleri, katmanın parlamasına neden olur ve 222 nm dalga boyundaki ultraviyole ışık gibi belirli karakteristik spektral çizgiler, hava koronasında özellikle belirgindir. Korona akımı tipik olarak mikroamperden miliampere kadar değişir. Gerilim arttıkça korona tabakası kalınlaşır, lüminesans yoğunluğu artar ve korona akımı artar. Bu, her iki elektrottan genişleyen korona katmanları birbiriyle buluşana veya karşı elektrota ulaşıncaya kadar-yani iki korona katmanı kalınlığının toplamı (d₁ + d₂ 2B'den büyük veya eşit, burada 2B elektrot aralığıdır) veya tek bir korona katmanı kalınlığı d 2B'den büyük veya eşit olduğunda devam eder. Bu noktada, deşarj alanının düşük-alanlı dış bölgesinin varlığı sona erer. Düşük-alan bölgesinin ortadan kalkmasıyla deşarj akımı önemli ölçüde artabilir ve sonuçta yalnızca devre direnci ve güç kaynağı kapasitesi ile sınırlanabilir. Devre direnci düşükse ve güç kaynağı sınırlıysa korona deşarjı kıvılcım deşarjına geçer; güç kaynağı yüksek DC akımı sağlayabiliyorsa korona deşarjı ark deşarjına geçer.
2. Deşarj Modelleri
Pürüzsüz elektrotlar için, gerçek Pd (basınç × mesafe çarpımı) koşulları altında E/P'nin başlangıç değeri, kritik (E/P)₀ değerine neredeyse eşittir. Ancak elektrotta yüzey pürüzlülüğü mevcut olduğunda, boşluk boyunca makroskopik alan kuvveti kritik değerin altında olsa bile arıza meydana gelebilir. Kırılma alanı gücündeki Es azalma, bir pürüzlülük faktörü ξ (Eq. 2-21) kullanılarak ifade edilebilir.
2.1 Pedersen Modeli
Pedersen pürüzlülük faktörü, çıkıntı boyutları ve gaz basıncı arasındaki ilişkiyi türetmiştir. Yüzey pürüzlülüğünü, Şekil 2-2'de gösterildiği gibi, pürüzsüz bir yüzey üzerindeki r yarıçaplı yarı küresel çıkıntılar olarak modelledi. Pratik tespitte, lokalize yüksek alanlara neden olan bu tür mikroskobik çıkıntılar sıklıkla 222 nm dahil olmak üzere kısa dalga ultraviyole radyasyonun artmasına da yol açar.
2.2 Tedford Modeli
Tedford ve diğerleri. idealleştirilmiş çıkıntılı elektrotları yarı-dönüş elipsoidleri olarak modelledi ve Şekil 2-3'te gösterildiği gibi çeşitli yükseklik--{-taban oranları (h/b) için hesaplama sonuçlarını sundu. Açıkça, ξ < 1 için, gerçek ξ, tüm h/b oranları için Ph ≈ 40'ta (0,1 MPa·μm) Ph azaldıkça azalmaya başlar. Bir elektrot üzerinde h yüksekliğinde bir çıkıntı ile kritik alan kuvvetine basınçlandırılmış d aralığının düzgün bir alan aralığını düşünün. Elektron çığ gelişimi için arıza kriteri, alan çizgileri boyunca çıkıntı yüzeyinden başlar:
burada Va, 0'dan sc'ye kadar olan alan bölgesi boyunca uygulanan voltajdır. Boşluk alanı kritik seviyede olduğundan boşluğun tamamında çığ gelişebilir. Çıkıntı etkisi ihmal edilebilir düzeydeyse Va, çıkıntı olmadan V harici voltajına eşittir: V=(E/P)₀ Pd=(B/k) Pd
Böylece denklem şu şekilde olur: BP(d − sc)=K (2-27)
Burada sc, boşluk boyunca çıkıntı yapan elektrottan gelen alan çizgisinin uzunluğudur. Herhangi bir çıkıntı şekli için ve olası tüm çığ gelişim yolları boyunca, d − sc h'den küçük veya ona eşittir. Denklemden. (2-27): BPh < K (2-28)
Bu eşitsizlik geçerli olursa, kritik alan kuvvetinin altında arıza meydana gelmeyecektir. Yeterince büyük Pd'ye sahip pratik koşullar altında, tek tip-alan dağılım yolu ve alan gücü, kritik değerlere yakından yaklaşır. Deneylerde, 222 nm bandındaki ultraviyole görüntüleme, yüzey çıkıntıları tarafından başlatılan erken korona deşarjı olayını tespit etmek için yaygın olarak kullanılır.
