8 / 11
Влияние ионизации на распределение атомов в дуговом разряде
низкого давления теоретически рассмотрено в работе [13]. С увеличе-
нием тока разряда возрастает температура всех частиц в плазме. Да-
вление газа по оси разряда падает и создается благоприятное условие
для перехода атомов в ионы. В режиме генерации в дуговом разря-
де длина пробега атомов сравнима с радиусом разрядной трубки
R
,
поэтому время пролета атомов составляет
τ
пр
≈
R/v
a
.
Сечения ионизации
σ
i
обеспечивают в рассматриваемых условиях
время ионизации атома
τ
i
≈
(
n
e
v
h
σ
i
i
)
−
1
, сравнимое со временем про-
лета
τ
пр
. Таким образом, при пролете атомом трубки он ионизируется
и в виде иона уходит из разряда на стенки.
Полагается, что все ионы плазмы дугового разряда в аргоновом
лазере рекомбинируют на стенках разрядного канала с образованием
атомов в основном состоянии [14]. Ионизация атомов имеет ступен-
чатый характер. Частота ионизации возбужденного атома равна
ν
воз
∼
N
e
vσ
i
,
(7)
где
N
e
≈
10
13
см
−
3
— характерная плотность электронов;
v
≈
10
8
см/с —
характерная скорость электронов;
σ
i
≈
10
−
15
см
2
— сечение ионизации
возбужденного атома.
Следовательно,
ν
воз
≈
10
6
с
−
1
, а частота рекомбинации ионов на
стенке разрядного канала составляет, c
−
1
:
ν
р
∼
1
τ
i
1
R
r
T
a
M
(0
,
5
. . .
1
,
0)
∙
10
5
,
(8)
где
T
a
≈
0
,
1
. . .
0
,
3
эВ — температура атомов [15]. Таким образом, воз-
бужденный атом успевает ионизироваться и отдать энергию в виде
кванта излучения в видимом или ультрафиолетовом диапазонах опти-
ческого спектра, в зависимости от плотности тока.
Заключение.
В настоящей работе проведены исследования вольт-
амперных характеристик дуговых разрядов газовых лазеров на ионах
ArII и ArIII. В экспериментах использованы три вида разрядных ка-
налов: круглые диаметрами 7 и 16 мм и щелеобразный размером 42
×
×
6 мм.
В круглом разрядном канале диаметром 7 мм вольтамперная ха-
рактеристика имеет вид почти прямой линии, в том числе при токе
больше насыщающих значений, при которых происходит уменьшение
мощности генерации в видимом диапазоне спектра. В разрядном кана-
ле диаметром 16 мм вольтамперные характеристики при разных зна-
чениях давления наполнения газа имеют некоторое замедление роста
напряжения, затем происходит дальнейшее равномерное возрастание
кривых (см. рис. 2,
а
).
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 5
19