Выполнено моделирование импульсно-периодического излучающего разряда высокого давления в цезии в рамках двухтемпературной многожидкостной радиационной газодинамики. Показано, что исследуемый разряд позволяет создавать плазму при значениях давления 200–800 Торр и температуры 6000 К, интенсивно излучающую свет с непрерывным спектром. Установлено, что для эффективной генерации видимого излучения газоразрядный объём должен быть заполнен однородной плазмой, оптическая толщина которой имеет значение порядка единицы. Выявлены механизмы формирования видимого спектра разряда. Выполнен расчёт баланса энергии разряда. Показано, что в оптимальных режимах разряд излучает до 95 % вложенной в него электрической энергии. При этом доля видимого излучения в спектре разряда достигает 58 %.
В работе представлены результаты исследований светоотдачи безртутной цезиевой лампы в режиме импульсно-периодического разряда в широком диапазоне давлений цезия (PCs = 10–750 Торр). Обнаружено, что зависимость светоотдачи от давления PCs носит сложный немонотонный характер: кривая (PCs) имеет максимум 60 лм/Вт при PCs 100–150 Торр, а при дальнейшем увеличении давления светоотдача после спада до 50 лм/Вт начинает снова возрастать и достигает 70 лм/Вт при PCs 1 атм. Этот неожиданный рост связан с контракцией разряда, наблюдавшейся при PCs > > 300 Торр. Полученные значения светоотдачи в полтора раза превышают достигнутый ранее уровень (46 лм/Вт) и практически вдвое больше светоотдачи ксеноновых ламп, имеющих столь же высокий индекс цветопередачи Ra 90–95.
Выполнены исследования цезиевого импульсно-периодического разряда в широком диапазоне его параметров на двух лампах с горелками одного диаметра (5 мм), но с разным межэлектродным расстоянием (55 и 22 мм). Обнаружено, что такое уменьшение длины столба плазмы приводит к существенному изменению свойств разряда. На более длинной горелке при повышении давления контракция столба разряда происходит с локализацией плазменного шнура у стенки разрядной трубки, и при дальнейшем увеличении давления наблюдается значительное возрастание светоотдачи. На короткой горелке контракция происходит при меньших давлениях (удельных мощностях) с локализацией плазменного шнура по оси трубки, и не наблюдается увеличения светоотдачи с последующим ростом давления.
Проведен анализ спектров рекомбинационного континуума в цезиевом сильноточном импульсно-периодическом разряде высокого давления. Он показал, что в широкой области практически интересных режимов реабсорбция излучения континуума и радиальная неоднородность плазменного столба слабо влияют на интегральные спектры континуума. Из этих спектров для достаточно плоских распределений параметров плазмы определены температура на оси и концентрация. Экспериментально показана обратно-пропорциональная зависимость сечения излучательной рекомбинации от энергии рекомбинирующего электрона вплоть до энергий 1,3 эВ. Обнаружено появление значительного поглощения ультрафиолета сапфировой трубкой в диапазоне 350–400 нм после работы при больших энерговкладах в импульсе.
Приведены результаты исследования взаимосвязи световых характеристик цезиевого импульсно-периодического разряда с режимами электрического питания газоразрядной лампы. Разработано техническое решение генератора коротких (10 мкс) биполярных импульсов тока в виде серии из нескольких импульсов с регулируемыми паузами между сериями, на котором проведено сопоставление характеристик импульсно-периодического разряда с параметрами лампы в режимах одиночных импульсов длительностью, соответствующей временной протяженности серии. В случае импульсно-периодического разряда с биполярными импульсами установлено, что достигнутое значение светоотдачи = 50 лм/Вт существенно ниже максимума (63 лм/Вт), полученного при работе лампы в режиме одиночных импульсов с пиковым током 40 А.
В то же время показано, что при одинаковых пиковых значениях тока (20 А) зависимость светоотдачи от электрической мощности лампы в обоих режимах оказывается практически идентичной, что позволяет создать компактную пускорегулирующую аппаратуру для цезиевых ламп импульсно-периодического разряда.
На основе результатов расчетных и экспериментальных исследований показана перспективность использования сплава цезия с рубидием в качестве плазмообразующей среды в серийных импульсных источниках ИК-излучения. Установлено, что при 25 % весовом содержании рубидия в сплаве с цезием давление паров и теплопроводность плазмы близки к указанным характеристикам серийной импульсной лампы, наполненной амальгамой цезия. Полученные результаты позволили повысить пиковую мощность излучения и создать экологически чистый импульсный источник ИК-излучения.