процес ионизации в люминисцентных лампах

После зажигания в лампе возникает разряд низкого давления в парах ртути и в наполняющем газе. Вследствие более низких потенциалов возбуждения и ионизации ртути по сравнению с аргоном или другими инертными газами ионизуются и излучают практически только атомы ртути. Исключение составляют прикатодные области, где за счет наличия быстрых электронов наряду со свечением ртути возникает также свечение и ионизация инертного газа.
Ртутный разряд низкого давления является весьма эффективным источником резонансного излучения, лежащего в УФ-части спектра. Излучение видимых линий очень незначительно, и светоотдача разряда составляет не более 5—7 лм/Вт. Положение коренным образом меняется при наличии слоя люминофора. В этом случае УФ-излучение разряда поглощается слоем люминофора и превращается им в полосу видимого или УФ-излучения, выходящего из лампы. Спектр излучения люминесцентных ламп состоит из излучения люминофора, на которое накладывается линейчатый спектр ртутного разряда. Доминирующую часть потока излучения лампы составляет излучение люминофора. Роль разряда сводится в основном к генерации УФ-излучения, возбуждающего свечение люминофора. Применение различных люминофоров или их смесей дает возможность получать излучение практически любого спектрального состава.

Качественно картина явлений в катодных частях тлеющего разряда выглядит следующим образом: электроны, испускаемые катодом, имеют настолько малые скорости, что не могут ни возбуждать, ни ионизовать атомы. Они должны пролететь определенное расстояние в электрическом поле, чтобы приобрести энергию, достаточную для возбуждения, а затем для ионизации. Поэтому непосредственно перед катодом существует область, в которой нет свечения (астоново темное пространство) . Оно появляется по мере того, как электроны приобретают в электрическом поле энергию, достаточную для возбуждения атомов (катодное свечение) , при этом спектральные линии появляются в катодном свечении, считая от поверхности катода, по мере увеличения их потенциала возбуждения.
Возбуждение вызывает только небольшая часть электронов, а основная масса по мере удаления от катода продолжает ускоряться в электрическом поле так, что их энергия становится больше максимумов функций возбуждения и интенсивность свечения постепенно падает, но при этом начинается усиленная ионизация атомов. Вследствие появления положительных ионов, компенсирующих отрицательный заряд, напряженность поля на некотором расстоянии от катода падает. Появившиеся в области темного пространства вторичные электроны, а также первичные электроны, потерявшие энергию при ионизации и возбуждении, вследствие малой величины поля могут накопить только небольшую энергию. Там, где эта энергия будет близка к максимумам функций возбуждения, вновь появится свечение. Это область отрицательного или тлеющего свечения. Теряя постоянно энергию в тлеющем свечении, электроны уже не могут производить возбуждения атомов, вследствие чего яркость тлеющего свечения по мере удаления от катода постепенно убывает, и наступает фарадеево темное пространство. При наличии стенок фарадеево темное пространство на некотором расстоянии переходит в столб.
Часть ионов, образующихся в тлеющем свечении, под действием электрического поля движется к катоду и там, перед катодом, образуется двойной слой пространственного заряда. Ускоряясь в этом слое, ионы падают на катод и передают ему часть своей энергии. За счет ионной бомбардировки происходит выход электронов из катода.
Наряду с ионами на катод попадают метастабильные атомы и фотоны, которые, отдавая катоду свою энергию, тоже высвобождают вторичные электроны.
Таким образом, устанавливается замкнутый цикл перечисленных выше процессов, который поддерживает самостоятельный тлеющий разряд. В условиях равновесия для поддержания стационарного разряда каждый электрон, испущенный катодом, в среднем производит такое количество ионизации и возбуждений, которое необходимо для освобождения еще одного электрона из катода.