Basic Theory of Gas Discharge nyob rau hauv 222nm UV Teeb
1. Townsend Electron Avalanche Theory
Qhov tshwm sim ntawm ib qho hluav taws xob tam sim no dhau los ntawm cov pa roj hu ua gas conduction lossis gas paug. Cov kev ua haujlwm sib txawv yuav tsim cov pa paug sib txawv thiab muaj cov khoom paug sib txawv. Thaum kawm txog qhov tshwm sim ntawm cov pa tawm, cov paug tawm feem ntau muab faib ua ob pawg: tsis yog- tus kheej- tso tawm tus kheej thiab tus kheej- tso tawm tsis tu ncua. Qhov tshwm sim ntawm kev tso tawm ntawm qhov tsis yog- tus kheej- txhawb nqa rau tus kheej - txhawb nqa yog hu ua roj tawg.Non- tus kheej- tawm tawm tsis tu ncua yog hais txog qhov tshwm sim uas tso tawm tsuas yog khaws cia nyob rau hauv qhov xwm txheej ntawm qhov chaw ionization sab nraud. Tus kheej- tso tawm tsis tu ncua yog hais txog qhov tshwm sim uas tso tawm tuaj yeem khaws cia thaum lub ionization sab nraud raug tshem tawm. Nyob rau hauv qhov kev txiav txim ntawm ib qho chaw ionization sab nraud, thaum qhov hluav taws xob thoob plaws 222nm uv teeb tawm tube nce mus rau ib qho nqi txaus, tam sim no hauv lub raj tam sim ntawd nce. Lub sijhawm no, yog tias qhov chaw ionization raug tshem tawm, qhov tso tawm tam sim no tseem loj txaus, uas yog, kev tsim tawm ntawm lub sijhawm tam sim no tsis muaj dab tsi cuam tshuam nrog qhov muaj lossis tsis muaj qhov chaw ionization sab nraud, thiab lub xeev no hu ua tus kheej -sustained paug. Cov txheej txheem ntawm kev hloov pauv ntawm qhov tsis yog - tus kheej - tso tawm mus rau tus kheej - kev tso tawm tsis tu ncua yog hu ua cov txheej txheem roj tawg lossis cov txheej txheem ignition. Qhov tshwm sim tawm thiab txoj kev xav no tau kawm thawj zaug thiab tsim los ntawm tus kws tshawb fawb Townsend thaum xyoo pua 20th, yog li nws hu ua Townsend tawm. Tom qab soj ntsuam ntau qhov xwm txheej sim, Townsend ntseeg tias cov hluav taws xob txav mus rau hauv ib qho hluav taws xob tsis zoo, tsis tu ncua tau txais lub zog ntawm hluav taws xob, thiab cov hluav taws xob sib tsoo nrog cov roj atoms ua rau ionization thiab poob zog. Nyob rau hauv lub xeev equilibrium, ob feem ntawm lub zog yuav tsum sib npaug. Cov tshiab ionized them cov khoom yog nrawm los ntawm lub teb hluav taws xob thiab tuaj yeem ua rau ionization. Thaum thawj electron khiav los ntawm cathode mus rau lub anode thiab ua rau kev sib tsoo ionization, lub 1st, 2nd, 3rd, 4th, ... kev sib tsoo ionizations tshwm sim nyob rau hauv sequence, thiab cov tshiab generated electrons kuj txav mus rau lub anode thiab tsim kev sib tsoo ionization. Tus naj npawb ntawm cov electrons txav mus rau lub anode nce mus rau 2, 4, 8, 16, ... Tus naj npawb ntawm cov electrons nce zoo li lub avalanche, yog li nws hu ua electron avalanche. Lub electron avalanche txoj kev xav muaj feem xyuam rau thaj tsam tso tawm qhov twg cov lus taw qhia ntawm electrons dominates nyob rau hauv qhov kev txiav txim ntawm cov hluav taws xob teb, thiab cov thermal zog ntawm electrons nyob rau hauv ib tug tsis zoo txoj hauj lwm, uas yog tseem reflected nyob rau hauv cov txheej txheem kev ua hauj lwm ntawm 222nm uv teeb.The volt -ampere cov yam ntxwv nkhaus ntawm lub zos F. 2-1, uas tuaj yeem muab faib ua peb ntu: T0, T1, thiab T2. Nyob rau hauv cheeb tsam T0, qhov voltage ntawm cov electrodes yog tsawg heev, thiab tam sim no ntws los ntawm cov roj kuj yog heev me me. Raws li pom nyob rau hauv daim duab 2-1, nws nce los ntawm xoom thiab ces nyhav rau saturation. Qhov no yog qhov tshwm sim los ntawm kev qhia tsiv teb tsaws ntawm cov khoom siv hluav taws xob nyob rau hauv qhov kev txiav txim ntawm hluav taws xob teb nyob rau hauv seem ionization. Vim yog cov hluav taws xob ntawm cosmic rays thiab cov khoom siv hluav taws xob hauv lub ntiaj teb, muaj qee yam ntawm cov hluav taws xob thiab ions hauv cov pa roj txhua lub sijhawm thiab qhov chaw. Qhov tshwm sim no hu ua residual ionization. Thaum tsis muaj ib qho chaw sab nraud, cov khoom siv hluav taws xob no txav mus rau hauv qhov chaw zoo li cov roj molecules. Thaum muaj hluav taws xob tsawg yog siv thoob plaws 222nm uv teeb tawm tube, electrons thiab ions txav mus rau hauv qhov kev txiav txim ntawm thaj teb, yog li tam sim no maj mam nce ntawm xoom. Thaum qhov hluav taws xob nruab nrab ntawm cov electrodes loj txaus, tag nrho cov khoom them tuaj yeem ncav cuag cov electrodes, thiab lub sijhawm no, qhov tam sim no nce mus txog tus nqi siab tshaj plaws. Qhov ntom ntawm cov khoom siv hluav taws xob tsim los ntawm cov khoom seem ionization feem ntau tsis muaj zog, yog li tus nqi tam sim no nyob rau hauv T0 cheeb tsam tseem tsawg heev (ntawm qhov kev txiav txim ntawm 10^-12 A).Raws li cov txheej txheem tso tawm saum toj no, Townsend txoj kev tawm kev tawm tswv yim qhia coefficients , , , thiab η los piav qhia txog cov txheej txheem ntawm kev nkag siab ntawm cov pa tawm. 222nm uv teeb.Townsend thawj ionization coefficient: Nws sawv cev rau tus naj npawb ntawm cov hluav taws xob dawb uas tsim los ntawm kev sib tsoo ionization ntawm ib qho hluav taws xob thiab roj atoms thaum lub electron txav ntawm lub cathode mus rau anode kev taw qhia hla ib chav nyob deb. Cov txheej txheem ionization no tseem hu ua cov txheej txheem.Townsend qhov thib ob ionization coefficient (ntim ionization coefficient ntawm cov ions zoo): Nws sawv cev rau tus naj npawb ntawm kev sib tsoo ntawm ib qho zoo ion thiab roj atoms thaum ib qho zoo ion txav ntawm lub anode mus rau cathode kev taw qhia hla ib chav tsev deb. Cov txheej txheem no tseem hu ua cov txheej txheem.Attachment coefficient η: Nws sawv cev rau qhov txuas qhov tshwm sim ntawm ib qho hluav taws xob ib chav tsev ntev raws li cov lus qhia hluav taws xob. Kev sib txuas txo cov naj npawb ntawm cov hluav taws xob dawb thiab, hauv kev txiav txim siab, sib tw nrog ionization, uas cuam tshuam rau kev ruaj khov ntawm kev tso tawm hauv cov roj av ntawm 222nm uv teeb.
2. Streamer Theory thiab Leader Theory
Townsend txoj kev xav muab los ntawm tus kheej -txoj kev tso tawm kom ruaj khov. Nws cov qauv yooj yim ntawm kev sib tsoo ionization nce thiab lub tswv yim ntawm kev hloov los ntawm thawj electron avalanche mus rau theem nrab electron avalanche raws li tus kheej -txheej xwm paug tawm ib txwm yog lub hauv paus ntawm cov pa tawm txoj kev xav. Txawm li cas los xij, Townsend txoj kev xav tsis xav txog qhov cuam tshuam ntawm kev siv hluav taws xob sab nraud los ntawm qhov chaw tsub nqi, thiab nws tsis xav txog qhov pib ntawm cov hluav taws xob hauv cov hluav taws xob thib ob. Nws tsis tuaj yeem piav qhia txog kev tsim lub sijhawm ncua ntawm cov txheej txheem tawg, kev faib tawm ntawm cov kab tawm thaum lub sijhawm tso tawm loj, thiab qhov tshwm sim uas cov txheej txheem tawm tsis cuam tshuam los ntawm cov khoom siv cathode. Xyoo 1940, Lub Limtiam thiab Leob tau tsim txoj kev xav streamer (tseem hu ua streamer theory), uas ntxiv rau Townsend txoj kev xav. Peterson tau tawm tswv yim hauv xyoo 1970 tias streamer txoj kev xav muaj feem xyuam rau cov hluav taws xob tsis sib xws hauv cov xwm txheej tiag tiag, uas yog qhov tseem ceeb rau kev ua kom zoo dua cov qauv electrode ntawm 222nm uv teeb. Raws li streamer txoj kev xav, thaum ib qho hluav taws xob hluav taws xob avalanche nce mus txog qhov loj me, cov txheej txheem tawg ceev heev yuav tshwm sim. Siab- ceev electrons tsim ib lub taub hau kheej kheej ntawm cov hluav taws xob avalanche, txav mus rau lub anode. Piv nrog rau cov electrons, qhov zoo thiab qhov tsis zoo ions txav mus qeeb heev thiab tuaj yeem suav tias yog qhov tsis muaj zog, qhov seem uas lawv tau tsim los ua ib qho txiaj ntsig zoo avalanche tail. Ntawm atmospheric siab, lub electron diffusion ceev yog me me, thiab tus nqi ntawm lub electron avalanche yog cov concentrated, uas pom tseeb cuam tshuam qhov qub hluav taws xob teb thiab hloov hluav taws xob teb ntawm lub taub hau ntawm electron avalanche. Vim lub zog hluav taws xob nyob rau hauv pem hauv ntej ntawm lub electron avalanche, lub zog ceev ntawm electrons ua rau ionization ntxiv, thiab ntau cov electron sib tsoo tsim cov khoom zoo siab uas tso tawm photons nyob rau hauv tag nrho cov lus qhia thaum rov qab, uas yooj yim absorbed los ntawm cov roj los tsim photoionization, generating lwm electrons. Yog li, qhov thib ob electron avalanches yog tsim los ntawm kev sib tsoo ionization nyob rau hauv hluav taws xob teb ntxiv dag zog los ntawm qhov chaw tsub nqi thiab converge nrog lub taub hau ntawm thawj avalanche los tsim ib tug streamer channel, ntxiv kev loj hlob mus rau qhov sib txawv. Streamer txoj kev xav ntseeg tias qhov tawm ntawm qhov pib mus rau qhov tawg tsis yog qhov kev hloov pauv ntau ntawm kev sib tsoo ionization, tab sis qhov kev hloov pauv zoo ntawm qhov chaw photoionization thaum thawj electron avalanche txhim kho mus rau qee qhov thiab cov nqi tsim tawm los ntawm sub-electron avalanche tshaj qhov chaw tseem ceeb ntawm cov nqi hluav taws xob. Qhov thib ob electron avalanche tshwm sim los ntawm photoionization converges nrog lub ntsiab electron avalanche los ua ib tug streamer, cov paug hloov mus rau nws tus kheej -sustained paug, thiab kev loj hlob ntawm paug yog khaws cia los ntawm qhov chaw photoionization. Qhov chaw photoionization txheej txheem ntawm streamer txoj kev xav tuaj yeem piav qhia txog lub sijhawm tso tawm qeeb, tso tawm morphology, thiab kev cuam tshuam ntawm cov khoom siv lub cev thiab lwm yam txheej txheem ntawm lub cev uas tsis tuaj yeem piav qhia los ntawm Townsend txoj kev xav, uas yuav tsum tau txiav txim siab zoo thaum kawm txog kev ruaj ntseg ntawm 222nm uv teeb. Cov txheej txheem xws li xob laim nrog qhov sib txawv ntev yuav tsum tau piav qhia los ntawm thermal ionization ntawm thawj coj txoj kev xav. Ob txoj kev xav streamer thiab tus thawj coj txoj kev xav tsuas yog muab cov qauv ntawm lub cev zoo, thiab tsis muaj cov qauv lej ua tiav. Kev tshawb fawb tom ntej yog ua tiav los ntawm kev sim cov txheej txheem.Raws li cov yam ntxwv ntawm cov txheej txheem tawm hauv cov txheej txheem corona, corona tuaj yeem muab faib ua ob hom: electron avalanche daim ntawv thiab streamer daim ntawv. Thaum lub curvature ntawm corona electrode loj, corona txheej yog nyias thiab sib xws, thiab cov paug tawm tam sim no kuj ruaj khov. Tus kheej -kev tso tawm tsis tu ncua tau txais daim ntawv tso tawm Townsend, uas yog, corona thaum muaj hluav taws xob avalanche tshwm. Raws li qhov hluav taws xob nce ntxiv, corona txheej txuas ntxiv nthuav dav, thiab ib tus neeg electron avalanches tsim cov kwj deg, ua rau lub plawv dhia tawm, thiab tom qab ntawd hloov mus rau streamer daim ntawv corona tawm. Yog hais tias lub vojvoog ntawm curvature ntawm lub electrode yog nce, corona yog khaus heev thaum pib thiab tsim ib daim ntawv streamer sai li sai tau thaum nws tshwm sim. Thaum qhov hluav taws xob tau nce ntxiv, tus neeg streamers tsim muaj zog, ua rau cov txhuam tawm, thiab qhov tshwm sim ntawm cov pa tawm ntawm cov mem tes yuav khaus, nws thiaj li nkag mus rau qhov sib txawv thiab ua kom tiav qhov sib txawv, uas cuam tshuam rau lub neej kev pab cuam thiab kev ua haujlwm ntawm 222nm uv teeb. inhomogeneous hluav taws xob teb. Raws li Townsend tso tawm ua ke nrog streamer txoj kev xav, cov txheej txheem tawg rau cov hluav taws xob tsis sib xws tuaj yeem muab tau, uas muaj qhov tseem ceeb rau kev tsim thiab kev ua kom zoo ntawm 222nm uv teeb.
