Основна теорија гасног пражњења у 222нм УВ лампи
1. Таунсендова теорија електронске лавине
Феномен било које електричне струје која пролази кроз гас назива се провођење гаса или гасно пражњење. Различити услови рада ће произвести различите феномене пражњења гаса и имати различита својства пражњења. Када се проучавају феномени гасног пражњења, пражњења се обично деле у две категорије: не-самоодрживо-пражњење и самоодрживо пражњење-. Феномен преласка пражњења из не-самоодрживог-у самоодрживог-зове се распад гаса. Не-самоодрживо-пражњење се односи на појаву где се пражњење може одржавати само под условима спољашњег извора јонизације. Самоодрживо{13}}самоодрживо пражњење се односи на појаву где се пражњење и даље може одржати када се уклони спољни извор јонизације. Под дејством спољашњег извора јонизације, када се напон на цеви за пражњење УВ лампе од 222нм повећа на одређену довољну вредност, струја унутар цеви нагло расте. У овом тренутку, ако је извор јонизације уклоњен, струја пражњења је и даље довољно велика, односно формирање пражњења у овом тренутку нема никакве везе са присуством или одсуством спољашњег извора јонизације, и ово стање се назива самоодрживо пражњење. Процес преласка пражњења са не-самоодрживог-пражњења на самоодрживо-пражњење назива се процес распадања гаса или процес паљења. Овај феномен и теорију пражњења први је проучавао и успоставио научник Таунсенд почетком 20. века, па се назива Таунсендов пражњење. Након анализе великог броја експерименталних ситуација, Таунсенд је веровао да се електрони крећу у једноличном електричном пољу, непрекидно добијајући енергију од електричног поља, а електрони се сударају са атомима гаса да изазову јонизацију и изгубе енергију. У равнотежном стању ова два дела енергије треба да буду једнака. Новојонизоване наелектрисане честице се убрзавају електричним пољем и такође могу изазвати јонизацију. Када почетни електрон крене од катоде до аноде и изазове колизијску јонизацију, 1., 2., 3., 4., ... колизионе јонизације се јављају у низу, а новогенерисани електрони се такође крећу ка аноди и производе колизиону јонизацију. Број електрона који се крећу ка аноди расте на 2, 4, 8, 16, ... Број електрона расте као лавина, па се назива електронском лавином. Теорија лавине електрона је применљива на област пражњења у којој доминира усмерено кретање електрона под дејством електричног поља, а неправилно топлотно кретање електрона је у неповољном положају, што се такође одражава на радни процес 222нм ув лампе. теорија је приказана на слици 2-1, која се може поделити на три дела: Т0, Т1 и Т2. У Т0 региону, напон између електрода је веома низак, а струја која тече кроз гас је такође веома мала. Као што је приказано на слици 2-1, расте од нуле, а затим тежи засићењу. Ово је резултат усмерене миграције наелектрисаних честица под дејством електричног поља под резидуалном јонизацијом. Због зрачења космичких зрака и радиоактивних елемената у земљиној кори, у било ком гасу се у било ком тренутку и на сваком месту налази одређена количина електрона и јона. Ова појава се назива резидуална јонизација. У одсуству спољашњег поља, ове наелектрисане честице крећу се насумично у простору попут молекула гаса. Када се низак напон примени на цев за пражњење УВ лампе од 222 нм, електрони и јони се крећу у правцу под дејством поља, тако да струја постепено расте од нуле. Када је напон између електрода довољно велики, све наелектрисане честице могу доћи до електрода, а у овом тренутку струја достиже одређену максималну вредност. Густина наелектрисаних честица генерисаних резидуалном јонизацијом је генерално веома слаба, тако да је вредност струје засићења у Т0 региону и даље веома мала (реда од 10^-12 А). На основу горе наведеног основног процеса пражњења, Таунсендова теорија пражњења уводи коефицијенте , , и η да опише механизам расцепканог пражњења који разуме механизам пражњења гаса. 222нм ув лампа. Таунсендов први коефицијент јонизације: Представља број слободних електрона насталих јонизацијом судара између електрона и атома гаса када се електрон креће од катоде до аноде на јединичној удаљености. Овај процес јонизације се такође назива процес. Таунсендов други коефицијент јонизације (запремински коефицијент јонизације позитивних јона): Представља број судара између позитивног јона и атома гаса када се позитивни јон креће од аноде ка катоди на јединичном растојању. Овај процес се такође назива процес. Коефицијент везивања η: Представља вероватноћу везивања електрона по јединици дужине дуж правца електричног поља. Везање смањује број слободних електрона и у извесном смислу се такмичи са јонизацијом, што утиче на одрживост пражњења у гасном окружењу 222нм ув лампе.
2. Стреамер теорија и теорија лидера
Таунсендова теорија изводи{0}}критеријум самоодрживог пражњења. Његов основни модел појачања јонизације приликом судара и идеја о претварању из примарне лавине електрона у секундарну лавину електрона као самоодрживог стања пражњења одувек су били основа теорије гасног пражњења. Међутим, Таунсендова теорија не разматра изобличење спољашње примењеног електричног поља свемирским наелектрисањем, нити у потпуности разматра извор почетних електрона у секундарним електронским лавинама. То не може да објасни временско кашњење формирања процеса пропадања, гранање канала пражњења током великих делимичних пражњења и феномен да на процес пражњења не утичу катодни материјали. Године 1940. Веек и Леоб су успоставили теорију струјања (познату и као теорија струјања), која допуњује Таунсендову теорију. Петерсон је 1970. године сугерисао да је теорија стримера применљивија на нехомогена електрична поља у стварним условима, што је од великог значаја за оптимизацију структуре електрода УВ лампе од 222 нм. Према теорији стримера, када једна лавина електрона достигне критичну величину, доћи ће до веома брзог процеса слома. -Електрони велике брзине формирају сферну главу електронске лавине, крећући се ка аноди. У поређењу са електронима, позитивни и негативни јони се крећу веома споро и могу се сматрати непокретним, остајући тамо где су генерисани да формирају дугачак позитивно наелектрисан лавински реп. При атмосферском притиску брзина дифузије електрона је мала, а наелектрисање електронске лавине је релативно концентрисано, што очигледно ремети првобитно електрично поље и мења електрично поље на челу лавине електрона. Због појачаног електричног поља испред лавине електрона, убрзано кретање електрона доводи до даље јонизације, а многи судари електрона формирају побуђене честице које при повратку ослобађају фотоне у свим правцима, које гас лако апсорбује да би произвео фотојонизацију, генеришући секундарне електроне. Тако се секундарне лавине електрона генеришу јонизацијом судара у електричном пољу ојачаном свемирским наелектрисањем и конвергирају са главом почетне лавине да би формирале струјни канал, који се даље развија до пробоја јаза. Стримерова теорија верује да пражњење од иницијације до слома није квантитативна промена процеса јонизације судара, већ квалитативна промена резултат фотојонизације простора када се почетна лавина електрона развије у одређеној мери и број наелектрисања које генерише суб-електронска лавина премашује одређену критичну вредност спољашњег електричног поља дистора простора и значајно премашује просторну критичну вредност електричног поља. Секундарна лавина електрона изазвана фотојонизацијом конвергира са главном електронском лавином да би формирала струју, пражњење се претвара у-самоодрживо пражњење, а развој пражњења се одржава фотојонизацијом у свемиру. Процес фотојонизације простора у теорији стреамера може добро објаснити временско кашњење пражњења, морфологију пражњења и утицај материјала мотора и других физичких процеса који се не могу објаснити Таунсендовом теоријом, што треба наглашено размотрити када се проучава стабилност пражњења УВ лампе од 222 нм. Процесе као што су муње са дугим пражњењима треба објаснити термичком јонизацијом теорије лидера. И теорија стреамера и теорија лидера пружају само квалитативне физичке моделе, а не постоји релативно потпун квантитативни математички модел. Накнадни истраживачки рад се углавном одвија експерименталним методама. Према карактеристикама процеса пражњења у коронском слоју, корона се може поделити на два облика: облик електронске лавине и облик струјања. Када је закривљеност коронске електроде велика, слој короне је веома танак и релативно уједначен, а струја пражњења је релативно стабилна. Самоодрживо пражњење усваја Таунсендов облик пражњења, односно корону када се појави лавина електрона. Како се напон повећава, коронски слој наставља да се шири, а појединачне електронске лавине формирају струјне лавине, што доводи до импулсног облика пражњења, а затим преласка у коронско пражњење. Ако се радијус закривљености електроде повећа, корона је на почетку веома интензивна и чим се појави формира стример форму. Када се напон додатно повећа, појединачни стримери се снажно развијају, што доводи до пражњења четкице, а пулсни феномен пражњења постаје интензивнији, на крају продире у отвор и изазива потпуни слом зазора, што је повезано са животним веком и перформансама УВ лампе од 222нм. Уопштено се верује да је лавина и лавина погодно за једнообразно електрично поље. теорија је погоднија за нехомогена електрична поља. На основу Таунсендовог пражњења у комбинацији са теоријом стримера, може се извести критеријум слома за нехомогена електрична поља, који има водећи значај за дизајн и оптимизацију 222нм УВ лампе.
