分光学的手法による無水銀キセノン放電ランプの開発

• Project/Area Number: 13780388
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 本村 英樹 愛媛大学, 工学部, 助手 (80332831)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2002: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000); Fiscal Year 2001: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: レーザ吸収分光法 / 無水銀キセノン蛍光ランプ / 準安定原子 / 共鳴準位原子 / パルス放電 / 真空紫外放射 / 効率 / レーザ吸収分光 / 準安定原子密度 / 共鳴準位原子密度

Research Abstract

キセノン蛍光ランプをパルス点灯したときの、共鳴準位(1s_4)および準安定準位(1s_5)原子密度の時間変化を測定し、プラズマパラメータおよび真空紫外放射、さらにランプの効率との相関について考察した。
前年度の実績より、冷陰極放電を用いる内部電極方式では、電流を増やすとパルスの休止期間に1s_4および1s_5準位原子が新たに生成されることが分かっているが、電流の代わりにガス圧を1.3kPaから10.7kPaまで増加しても同様の結果が得られることが分かった。これらは、ランプ内での空間分布を考えなければ、パルスの印加期間に生成されたイオンや高エネルギー準位にある励起原子が、パルスの休止期間に電子温度が低下することにより、再結合やそれに続くカスケード遷移、および自発遷移を起こし、より低い準位の1s_4や1s_5の原子を生成するためであると説明できる。しかし、内部電極方式では、電流や圧力を増加すると放電が径方向に収縮し、陽光柱が線条状態になる。したがって、パルスの印加期間でも、陽光柱内で生成されたイオンが径方向外側に向かって拡散する過程でも再結合を起こす。そのため、現在1s_4および1s_5準位原子密度の径方向空間分布の測定を試みている。
バリア放電を用いる外部電極方式では、ガス圧が低い場合、1s_4や1s_5準位原子は、基底原子との二体衝突や三体衝突による消滅確率が低いため、パルスの休止期間での減衰が緩やかであった。エキシマ(Xe_2)はこの三体衝突により生成されるが、低ガス圧(2.7kPa)では、準安定原子がエキシマ放射(172nm)にあまり寄与せず、主として拡散してガラス管壁でそのエネルギーを失い、ランプの管壁温度が上昇した。この熱損失は、低ガス圧での効率低下の因となる。
内部電極方式では放電が収縮することから、ランプの効率との相関を検証できていない。今後、径方向空間分布の測定および解析をおこなうことにより、この問題を解決したい。また、放電が収縮する機構についても明らかにしたい。