國(guó)產(chǎn)銣光譜燈用GG17玻璃輻照損傷及銣消耗機(jī)理研究.pdf

1、本文以工程應(yīng)用為背景，系統(tǒng)地分析了影響銣光譜燈工作特性的因素，并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研究。應(yīng)用不同能量質(zhì)子和電子作為輻照源，研究了用于銣光譜燈殼材料的國(guó)產(chǎn) GG17玻璃的輻照效應(yīng)，揭示了輻照缺陷產(chǎn)生的微觀機(jī)理；對(duì)射頻放電和不同加熱條件的銣光譜燈泡玻殼進(jìn)行了分析，確定了銣與玻殼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，建立了化學(xué)反應(yīng)模型；在不同的燈基座溫度和射頻放電條件下，對(duì)銣光譜燈進(jìn)行了光譜發(fā)光模式的研究，建立了銣光譜燈的環(huán)模式參數(shù)區(qū)間。
　　研究結(jié)果表明，

2、電子輻照、質(zhì)子輻照及電子質(zhì)子綜合輻照都會(huì)對(duì) GG17玻璃的光學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響。電子和高能質(zhì)子輻照引起 GG17玻璃的光學(xué)性能退化明顯，尤其1MeV電子在輻照注量為1016/cm2時(shí)能引起銣 D線波長(zhǎng)(780.0nm和794.6nm)處的譜透過(guò)率下降幅度超過(guò)18％。相比較而言，低能質(zhì)子輻照對(duì)銣 D線的影響較弱。光學(xué)性能的退化主要來(lái)源于輻照誘導(dǎo)大量色心的出現(xiàn)。通過(guò)傅里葉紅外變換光譜和電子順磁共振譜等手段分析表明，輻照缺陷的主要類型為

3、氧空穴心。電子和高能質(zhì)子輻照產(chǎn)生的缺陷類型以硼氧空穴心為主，主要呈現(xiàn)電離效應(yīng)；低能質(zhì)子輻照產(chǎn)生的缺陷類型主要為硅氧空穴心和硼氧空穴心，主要呈現(xiàn)位移效應(yīng)。針對(duì)不同輻照條件，建立了氧空穴心的產(chǎn)生機(jī)理。電子和高能質(zhì)子輻照產(chǎn)生的硼氧空穴心是空穴被捕獲在橋氧上；低能質(zhì)子輻照產(chǎn)生的硼氧空穴心是空穴被捕獲在非橋氧上。
　　銣光譜燈作為抽運(yùn)光源時(shí)，需要在一定的溫度和射頻電壓條件下工作。長(zhǎng)時(shí)間的加熱和射頻放電使得銣與玻殼發(fā)生相互作用—擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)

4、，從而導(dǎo)致金屬銣消耗。當(dāng)溫度升高或射頻激勵(lì)電壓增大時(shí)，銣在玻殼內(nèi)的擴(kuò)散能力及銣與玻殼的化學(xué)反應(yīng)程度均增強(qiáng)。通過(guò)二次離子質(zhì)譜、X射線光電子譜和掃描電鏡/背散射衍射/能譜分析，確定了不同工作條件下銣在玻殼厚度方向上的分布。闡明了250℃加熱和射頻放電條件下銣燈中金屬銣的消耗機(jī)理。利用X射線衍射和X射線光電子譜分析，給出了銣與玻殼發(fā)生相互作用的主要產(chǎn)物為銣的氧化物(Rb2O，Rb2O2和RbO2)、銣的硅酸鹽(Rb2Si4O9和Rb2SiO3

5、)，以及銣的硼酸鹽(RbBO2)。
　　影響銣光譜燈工作特性的另一重要因素為發(fā)光模式，主要受溫度和射頻激勵(lì)電壓的影響。當(dāng)溫度過(guò)高或射頻激勵(lì)電壓過(guò)大時(shí)，將導(dǎo)致銣光譜燈發(fā)光模式由環(huán)模式向紅模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，光強(qiáng)信號(hào)的信噪比下降并使銣光譜燈失效。銣光譜燈的溫度愈高，發(fā)生模式轉(zhuǎn)變所對(duì)應(yīng)的最大射頻激勵(lì)電壓愈小，由此確立了銣光譜燈環(huán)模式工作所對(duì)應(yīng)的溫度和射頻電壓參數(shù)。為了減弱銣與玻殼的相互作用和保證發(fā)光的穩(wěn)定性，應(yīng)在環(huán)模式發(fā)光的條件下以盡可能低的