Kinetics of the Ar-Hg Plasma of Fluorescent Lamp Discharges. I. Model — Basic Equations — Hg Partial Pressure Variation

Authors

  • R. B. Winkler,

    1. Zentralinstitut für Elektronenphysik, Institutsteil V, Gasentladungsphysik „Rudolf Seeliger” DDR-2200 Greifswald Robert-Blum-Str. 8–10
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  • Prof. Dr. J. Wilhelm,

    1. Zentralinstitut für Elektronenphysik, Institutsteil V, Gasentladungsphysik „Rudolf Seeliger” DDR-2200 Greifswald Robert-Blum-Str. 8–10
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  • Dr. sc. R. Winkler

    1. Zentralinstitut für Elektronenphysik, Institutsteil V, Gasentladungsphysik „Rudolf Seeliger” DDR-2200 Greifswald Robert-Blum-Str. 8–10
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Abstract

A kinetic description of the dc Hg-Ar mixture plasma of fluorescent lamp discharges is given on the basis of the main microphysical processes and corresponding atomic data. The investigation comprises particle balances for the excited Hg atoms of the triplet 63P0,1,2 and singulet 61P1 state, the balance of the discharge current and an adequate form of the electron Boltzmann equation for such a mixture plasma, the latter including also the various binary collision processes with excited Hg atoms and the Coulomb interaction between the electrons. By simultaneously solving the balances together with the kinetic equation the densities of electrons and excited Hg atoms, the electron energy distribution, the resulting mean energy, mobility and various energy transfer rates of the electrons and the ultraviolet radiation output were determined and in part compared with measured data from the literature. This paper presents and analyses the macroscopic plasma properties mentioned for a wide range of the wall temperature or the corresponding Hg partial pressure variation, where a good agreement of calculated results with experimental data is obtained. In a second paper the change of the macroscopic plasma behaviour due to variation of buffer gas pressure and discharge current will be dealt with.

Abstract

Kinetik des Ar-Hg-Plasmas von Leuchtstofflampenentladungen I. Modell — Grundgleichungen — Hg-Partialdruckvariation

Die Arbeit befaßt sich auf der Grundlage der wesentlichen mikrophysikalischen Prozesse und der entsprechenden atomaren Daten mit der kinetischen Beschreibung des de Hg-Ar-Mischplasmas von Leuchtstofflampenentladungen. Die Untersuchung verwendet die Teilchenbilanzen für die angeregten Hg-Atome des Tripletts 63P0,1,2 und des Singuletts 61P1, die Bilanz für den Entladungsstrom und eine adäquate Form der Elektronen-Boltzmann-Gleichung für ein solches Mischplasma, wobei in letzterer auch die verschiedenen Zweierstoßprozesse mit angeregten Hg-Atomen und die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Elektronen berücksichtigt wird. Mittels simultaner Lösung der Bilanzgleichungen zusammen mit der kinetischen Gleichung wurden sowohl die Dichten der Elektronen und angeregten Hg-Atome, die Elektronenenergieverteilung, die sich ergebende mittlere Energie, Beweglichkeit und die verschiedenen Energieübertragungsraten der Elektronen als auch die Ausbeute an ultravioletter Strahlung bestimmt und teilweise mit in der Literatur verfügbaren Meßdaten verglichen. In dieser Arbeit werden die genannten makroskopischen Plasmaeigenschaften für einen weiten Variationsbereich der Wandtemperatur und damit des Hg-Partialdruckes dargestellt und analysiert, wobei gute Übereinstimmung von berechneten und experimentellen Ergebnissen erhalten wird. In einer weiteren Arbeit wird das makroskopische Plasmaverhalten bei Variation des Puffergasdruckes und des Entladungsstromes dargestellt und diskutiert.

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