供應防爆應急燈\ 照明應急兩用燈、供應應急燈

  低氣壓輝光放電中的條紋不穩定性現象最早于19 世紀30 年代由麥克爾·法拉第（Michael Faraday）首先發現。此后，相關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）總結了前人對稀有氣體中的條紋不穩定性的研究，給出了條紋不穩定性的色散關系曲線。隨著研究的不斷深入，電子動力學在條紋不穩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”，求得了電子的玻爾茲曼方程（Boltzmann Equation）的一個解析解，該解析解是空間的周期函數。他提出，高能電子的非局域性是造成放電出現條紋不穩定性的原因。格魯伯夫斯基（Golubovskii）深化了岑丁的研究，并通過理論以及實驗手段，進一步對稀有氣體中的條紋不穩定性的成因進行了研究。

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  2006 年，科洛博夫（Kolobov）總結了自20 實際70 年代以來，條紋不穩定性研究的動向及成果；指出，關于條紋不穩定性放電的具體成因及物理過程，仍然需要更為全面細致的研究。在照明行業中，低氣壓輝光放電是最為重要的發光原理之一，與之相關的理論及實驗研究也頗為廣泛。熒光燈中的條紋不穩定性一直比較受關注，因為它會給被照環境帶來非常不利的影響。國內國外相關的研究工作表明，熒光燈中的條紋不穩定性可能來自電極區，而且條紋的性質會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性進行一些實驗研究，對其可能的成因以及影響因素進行分析。

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  本文共分三個部分：1．實驗介紹；2．實驗過程、結果及討論；3．結論。

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  1． 實驗介紹 防爆應急燈\ 照明應急兩用燈、供應應急燈

  實驗主電路由36W T8 熒光燈管、與其匹配的電感鎮流器、起輝器連接而成。整個電路由一個可調壓變壓器供電。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探頭測得。燈的光輸出由一個光電二極管接收，然后輸入到示波器中。通過對該光信號進行濾波變換，濾得其中的高頻分量，我們就可以得到條紋不穩定性的一些參量，比如，頻率，相對強度等。燈的發射光譜由一個Ocean Optics 光譜儀測量。實驗電路及設備如圖1所

從圖2b 中可以看出，在低溫時，光信號具有幅值較大的高頻分量；這對應了相對較強的條紋不穩定性。當溫度升高時，高頻分量的幅值迅速下降，即條紋不穩定性變得越來越不明顯。將圖2a、圖2b 的現象結合起來，我們可以知道，當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，燈管中會出現較為明顯的條紋不穩定性。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定性出現的原因。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，被激發的稀有氣體原子數量大為上升。由于稀有氣體的激發態能量都非常高（大于10eV），所以大量的高能電子被消耗。而激發態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條紋不穩定性的重要原因，同時也是熒光燈在冷端溫度降低時出現條紋不穩定性的重要原因。
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  岡德曼（Gundermann）的研究工作曾經證實，潘寧效應（Penning Effect）有助于抑制稀有氣體中的條紋不穩定性。其原因在于處于激發態和亞穩態的稀有氣體原子濃度會被潘寧效應大為削減。考慮到氬和汞之間也存在著很強的潘寧效應，我們也可以認為工作在正常狀態下的熒光燈當中有足夠高的汞原子濃度來猝滅激發態和亞穩態的氬原子，從而抑制條紋不穩定性的出現。而當冷端溫度降低，汞蒸汽壓下降后，這種猝滅效應被削弱，對條紋不穩定性的抑制作用也被削弱了。這也從另外一個方面印證了上述分析，即大量氬原子的分步電離是產生條紋不穩定性的重要原因。防爆應急燈\ 照明應急兩用燈、供應應急燈

  同時，在實驗中我們也發現，經過冷卻的燈管只在冷卻的部分有條紋不穩定性，在其他區域，并沒有探測到條紋不穩定性。這也可以利用上面的原理解釋。雖然燈管經過局部冷卻，但汞原子在燈管內的遷移需要時間。因此，未經冷卻的燈管區域內，汞原子的濃度依然足夠高，條紋不穩定性依然受到抑制。

  3．結 論 防爆應急燈\ 照明應急兩用燈、供應應急燈

  本文通過實驗手段對熒光燈中的條紋不穩定性進行了研究。實驗發現，在50Hz 的工作條件下，條紋不穩定性與陰極區的擾動無關；而與燈管的冷端溫度有很大關系。通過進一步的實驗及分析得知，在實驗條件下，燈管中的條紋不穩定性主要源自氬原子的分步激發和電離。汞除了作為主要發光物質存在以外，還可以猝滅激發態和亞穩態的氬原子，是穩定放電的一個重要因素。
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參考文獻
[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)