ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 
       

(источники света), преобразователи разл. видов энергии  в эл.-магн. энергию оптич. диапазона  с условными границами 1011—1017 Гц, что соответствует длинам  волн в вакууме от неск. мм  до неск. нм. Естественными И. о. и. явл. Солнце, звёзды, атмосферные разряды и др., а также люминесцирующие объекты животного и растит. мира (см. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ). Искусственные И. о. и. различаются в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения эл.-магн. излучения оптич. диапазона. И. о. и. могут быть когерентны и некогерентны (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ). Временной и пространств, когерентностью обладает только излучение лазеров. Излучение остальных И. о. и. представляет собой суммарный эффект независимых актов спонтанного испускания совокупности возбуждённых атомов и молекул. Неодновременность актов испускания приводит к хаотичному распределению фаз волн, излучаемых отд. атомами, т. е. к некогерентности их излучения.

Разнообразие И. о. и. определяется многочисленностью  способов преобразования разл. видов  энергии в световую, большой широтой  оптич. диапазона спектра, разл. требованиями, к-рые предъявляются к И. о. и., применяемым для научных и техн. целей. Искусств. И. о. и. классифицируют по видам излучений, роду используемой энергии, признакам эксплуатац. хар-ра, конструктивным особенностям, назначению. По видам излучений И. о. и. разделяют на тепловые источники и люминесцирующие. Тепловыми И. о. и. явл. пламёна, электрич. лампы накаливания, стержневые и плоскостные излучатели с электронагревом, модели абсолютно чёрного тела, излучатели с газовым нагревом (калильные сетки). Они имеют сплошной спектр, положение максимума к-рого зависит от темп-ры в-ва; с ростом темп-ры общая энергия испускаемого теплового излучения возрастает, а её максимум смещается в область коротких длин волн. Тепловые излучатели используются и как световые эталоны.

В люминесцирующих  И. о. и. используется люминесценция  газов или тв. тел (кристаллофосфоров), возбуждаемая электрич. полем, напр. при  прохождении через них электрич. тока. Электрические разряды в  газах используются в разнообразных газоразрядных И. о. и., к-рые различаются в зависимости от вида газового разряда (дуговой, искровой, тлеющий, безэлектродный), хар-ра излучающей среды (газы, пары металлов), режима работы (непрерывный, импульсный).

Различают газосветовые лампы (трубки), в к-рых источник излучения — возбуждённые атомы, молекулы или рекомбинирующие ионы; люминесцентные лампы, где источник излучения — люминофоры, возбуждаемые излучением газового разряда; электродосветные лампы, в к-рых осн. источник излучения — электроды, раскалённые в газовом разряде. Спектры испускания большинства газоразрядных И. о. и. линейчатые, характерные для возбуждённых атомов газа или пара, в к-ром происходит разряд. Распределение энергии в спектре, кпд, величина светового и лучистого потоков, яркость и др. хар-ки зависят от рода газа или пара, его давления, величины разрядного тока, расстояния между электродами и др. условий. В лазерной технике, скоростной фоторегистрации, светолокации распространены импульсные И. о. и., позволяющие получать одиночные или периодически повторяющиеся световые вспышки длительностью до неск. нс.

В И. <о. п. на основе электролюминесценции и электрохемилюминесценции в свет также преобразуется эл.-магн. энергия. В электролюминесцентных  И. о. п. оптич. излучение тв. тел возникает либо в результате и н ж е к ц и о н н о й электролюминесценции, характерной для р—n перехода, включённого в цепь источника пост. тока (см. СВЕТОДИОД), либо в результате предпробойной электролюминесценции, наблюдаемой у порошкообразных активиров. кристаллофосфоров при помещении их в диэлектрик между обкладками конденсатора, на к-рый подаётся перем. напряжение. В катодолюминесцентных И. <о. п. люминофор возбуждается быстрыми эл-нами (см. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ). В р а д и о и з о т о п н ы х И. о. и. люминесценцию возбуждают продуктами радиоакт. распада нек-рых изотопов.

(Источник: «Физический энциклопедический словарь». М.: «Советская энциклопедия», 1984.)

ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(источники света) - приборы и устройства, а также  природные и космич. объекты, в  к-рых разл. виды энергии преобразуются  в энергию оптич. излучения в диапазоне длин волн l@10 нм4l мм. Космич. и природные излучающие объекты - Солнце, звёзды, атм. разряды и др.- являются естественными И. о. и. Искусственные И. о. и. в зависимости от вида преобладающего элементарного процесса испускания - вынужденного или спонтанного - разделяются на когерентные (см. Когерентность )и некогерентные. Когерентные И. о. и. (лазеры) генерируют излучение с чрезвычайно большой спектральной интенсивностью и высокой степенью направленности и монохроматичности. Излучение большинства И. о. и. некогерентно и представляет собой суперпозицию эл.-магн. волн, спонтанно испускаемых совокупностью независимых элементарных излучателей. <Описываемые ниже искусств, некогерентные И. о. и. классифицируют по видам излучений, роду вводимой в них энергии и способам преобразования её в световую, по назначению, виду и области спектра (ИК, видимая, ближняя УФ, вакуумная УФ), конструктивным особенностям и режимам эксплуатации, обусловленным разл. требованиями, предъявляемыми к И. о. и. в их разнообразных научных и прикладных применениях. <Излучение И. о, и. характеризуется энергетич. ( е) или световыми (v )фотометрич. величинами - потоком Ф _е,v,силой света I_v,яркостью L_e,v,светимостью М _е,v, а его распределение по спектру описывается их спектральной плотностью. Многие И. о. и., преим. со сплошным спектром, удобно аттестовать по их яркостной Т _B или цветовой Т _C темп-ре. В ряде применений существенно знать освещённость Е _е,v, создаваемую И. о. и., или для их характеристики используются нестандартные величины, напр, поток фотонов Ф _N. Импульсные И. о. и. характеризуются длительностью т и формой импульса излучения, к-рое описывается пиковыми значениями и интегралами по времени фотометрич. величин (см. Фотометрия импульсная). Эффективность преобразования вводимой в И. о. и. энергии в световую определяется энергетич. (спектральным) кпд или световой отдачейh_v.В число техн. характеристик И. о. и. входят также вводимая мощность Р или энергия W, размер светящегося тела S, пространственное распределение и стабильность излучения, срок службы и т. п. Наиб, важные для конкретных И. о. и. показатели определяются их назначением. Самыми распространёнными являются выпускаемые промышленностью осветительные лампы и И. о. и., используемые в серийных приборах и техн. устройствах. В научных исследованиях наряду с серийными используются также спец. лаб. И. о. и., наиболее соответствующие требованиям эксперимента. <По видам излучения, определяемым термодинамич. состоянием светящегося тела, И. о. и. разделяются на тепловые с равновесно нагретым телом в конденсированном состоянии и люминесцирующие с неравновесно возбуждаемым телом в любом агрегатном состоянии. Особый класс составляют плазменные И. о. и., излучение к-рых в зависимости от параметров плазмы и спектрального интервала может быть равновесным и неравновесным, тепловым или люминесцентным. Тепловые И. о. и. имеют сплошной спектр и энергетич. характеристики, описываемые законами теплового излучения, в к-рых осн. параметрами являются темп-pa Т и коэф. излучения светящегося тела e(l, Т). С повышением Т быстро возрастают L_e и М _е и спектральные плотности этих величин, а их максимум смещается в коротковолновую область. В пределе e(l)=1 достигается излучение абсолютно чёрного тела, что близко выполняется, напр., для Солнца (T_B=6.10³ К, L_v,=2.10⁸ кд/м ², E_e=1,37 кВт/м ² - вне атмосферы), излучение к-рого используется в теплофиз. и энергетич. гелиоустановках, а также может применяться для накачки лазеров. В искусств, тепловых И. о. и. излучающее тело нагревается электрич. током или в результате выделения энергии в хим. реакциях горения. <Пламёна, возникающие при горении газовых, жидких или твёрдых горючих веществ, имеют сплошной спектр излучения с Т _B до 3000 К, образованный раскалёнными твёрдыми микрочастицами. В отсутствие таких частиц наблюдается полосатый и линейчатый спектр излучения, создаваемый газообразными продуктами горения или хим. элементами, специально вводимыми в пламя, напр, для спектрального анализа методом пламенной фотометрии или атомно-абсорбционным. В пиротехн. осветительных и сигнальных средствах (ракеты, фейерверки и др.), излучение к-рых имеет I_v=10-300 ккд и длительность t=5-200 с, используются спрессованные пламенные составы, содержащие горючее вещество (порошок Mg или А1, их смеси и сплавы или органич. вещества) и окислитель (богатые кислородом соли Na, К или Ва). Аналогичные составы для освещения при фотографировании обеспечивают большую скорость горения (t~0,1 с) и L_v~10⁷ кд/м ². Фотогр. лампы-вспышки одноразового действия дают импульс излучения с t~10^-2 с и L_v до 10⁸ кд/м ² при сгорании Mg- или Zr- фольги в наполненной О ₂ колбе. <В качестве источника ИК-излучения используют керамич. и металлич. тела разных форм (плиты, трубы, сетки и др.) и размеров (от неск. см до десятков см), нагреваемые до T=500-1800 К пламенным или каталитическим (без пламени) сжиганием газа. К ним относятся газовые ИК-излучатели, калильные сетки. <В электрич. ИК-излучателях накаливаемый током нагреватель (нихромовая или вольфрамовая спираль) помещается в излучающую оболочку из кварцевого стекла (Р=0,5-5 кВт, Т до 1400 К), керамики ( Р=0,1 - 1,2 кВт, Т до 1300 К), жароупорной стали (трубчатый электронагреватель, P=0,05-25 кВт, T=400-1000 К) либо излучает само тело накала, изготовляемое в виде ленты, спирали, стержня, трубы и т. д. из тугоплавких металлов (W, Мо, Та, Pt и др.) или проводящих немегаллич. материалов (графит, тугоплавкие карбиды и окислы металлов). Графит [возгоняется при T=3640 К, e(l)=0,7-0,9] и металлы, напр. W [плавится при T=3650 К, e(l>1 мкм)=0,4-0,1, e(l>0,25 мкм)=0,5-0,4], вследствие большой хим. активности при рабочих темп-pax T=1800-3200 К могут использоваться только в вакууме или инертной газовой среде (за исключением Pt). Перечисленные источники ИК-излучения применяются в теплофиз. исследованиях и для промышл. термообработки материалов. <Эталонные излучатели для ИК-спектрофотометрии - штифт Нернста, глобар - имеют хорошо воспроизводимую зависимость e(l, Т)=0,8-0,95 в ИК-области. Штифт Нернста представляет собой стержень Ж (0,1-0,3)3(1-3) см из спец. оксидно-керамич. массы (ZrO₂, Y₂O₃, ThO₂), проводящий при T>1000 К. Разогреваемый током до T=1700 К, он излучает как серое тело при l>7 мкм. Глобар - проводящий силитовый (SiC) стержень размером Ж (0,6-2,5)3(6-40) см при рабочей Т=1400 К имеет М _е~80 кВт/м ² и немонотонную зависимость e(l)в области l=2-200 мкм; нанесение покрытия из ThO₂ позволяет повысить T до 2200 К. <Для метрологич. измерений используется определяемое только величиной Т равновесное излучение моделей чёрного тела с e(l)>0,99. Модели чёрного тела представляют собой сферич., конич., клиновидные, цилиндрич. полости с малым отношением диаметра выходного отверстия (Жх3 см) к глубине полости, изготовляемой из графита, стеклоуглерода, металлов или их карбидов, нагреваемых до Tх3000 К (Р=0,1-25 кВт).Электрич. вольфрамовые лампы накаливания (ЛН) являются самыми распространёнными тепловыми И. о. и., применяемыми для общего и спец. освещения, сигнализации, в кинопроекц. аппаратуре, прожекторах, в качестве эталонов в пирометрии и фотометрии(светоизмерит. лампы). Номенклатура серийных ЛН составляет ок. 600 типоразмеров - от сверхминиатюрных (Р=0,01 Вт, Ж 0,2 см) до мощных прожекторных (Р=10 кВт, 030 см). Тело накала изготовляется из W в виде нити, спирали или ленты и помещается в вакуумируемую или наполняемую инертным газом стеклянную колбу, обычно каплеобразной формы. Световые характеристики и срок службы ЛН, ограничиваемый потемнением колбы из-за распыления W нити и её перегоранием, сильно зависят от Тнакала: при T=2400-3300 К, L_v=10⁶-3.10⁷ кд/м ², h_v=8-28 лм/Вт срок службы от 1000 до 5 ч соответственно. <Галогенные ЛН (ГЛН) наполняются Хе с добавками I₂ или летучих хим. соединений Вr, обеспечивающими обратный перенос испарившегося W со стенки колбы на нить в замкнутом хим. цикле. Благодаря этому они служат до 2000 ч при T _с=3200 К и h_v=28 лм/Вт, Р= (15-2).10⁴ Вт. Для осуществления галогенного цикла оболочка должна иметь Т ~500 К, поэтому колбой ГЛН служит узкая кварцевая трубка Ж (0,8-3,6)3(3,6-90) см, вдоль оси к-рой располагается вольфрамовая спираль или кварцевый цилиндр, близко прилегающий к компактному телу накала. ГЛН применяются в тех же областях, что и обычные ЛН, а также для дакачки непрерывных лазеров, в ксерографии и термографии. <Электродосветные И. о. и., в к-рых достигаются предельные для веществ в конденсированном состоянии Т~4200 К и L_v~3.10⁸ кд/м ², используются в прожекторах, установках радиац. нагрева, в качестве стандарта яркости в спектроскопии и точечного эталонного источника в фотометрии. Излучателем в них служит анодный кратер или ограниченная раскалённая зона катода (Ж0,07-1 см) дугового разряда в воздухе (угольные электроды, Рдо 30 кВт) или в наполненной Аr лампе (вольфрамовые электроды, Р _мин до 2 Вт). Для улучшения световых характеристик в электродах делают спец. вставки из ZrO₂, Ce₂O₃ и др. На сплошной спектр теплового излучения электрода накладываются линии и полосы спектра дуговой плазмы. Плазменные И. о. и. имеют энергетич. характеристики и вид спектра излучения, определяемые темп-рой Т и давлением р плазмы, образующейся в них при электрич. разряде или иным способом, и изменяющиеся в широких пределах в зависимости от хим. состава рабочего вещества и вводимой уд. мощности. При низких Т к р спектр излучения в основном представляет собой узкие атомные резонансные линии и молекулярные полосы. С увеличением вводимой уд. мощности и повышением Т в спектре излучения плазмы начинают преобладать линии возбуждённых атомов и ионов и появляется сплошной фон, обусловленный тормозным и рекомбинац. излучениями, возникающими при столкновениях электронов и ионов. При повышении давления линии уширяются, интенсивность континуума возрастает и сначала в линейчатом, а затем и в сплошном спектре, начиная с длинноволновой его части, достигается насыщение до интенсивности излучения абсолютно черного тела при Т плазмы. Предельные параметры, ограничиваемые технически осуществимой скоростью ввода энергии и стойкостью материалов конструкции, в импульсных плазменных И. о. и. намного выше, чем в непрерывных. <Газоразрядные И. о. и. изготовляются в виде герметичных ламп трубчатой, шаровой и др. формы с впаянными в них электродами, наполняемых газами при давлениях от Па до МПа. В них могут вводиться металлы или их хим. соединения, испаряемые при разряде в буферном инертном газе (Аr, смесь Ne- Аг, р сотни - тысячи Па) до давления насыщенных паров p _н, определяемого темп-рой колбы. Особенно широко используется Hg, имеющая относительно высокое р _н при низких Т и химически не взаимодействующаясо стеклом. Разрядные трубки ламп со щелочными и др. металлами изготовляются из термо и химически стойких прозрачных материалов (спец. сорта стекла, поликор и др.) и обычно помещаются во внеш. стеклянную оболочку для поддержания необходимого теплового режима, к-рый устанавливается только через неск. минут после включения. Ртутные и ксеноновые лампы высокого (до 2 МПа) и сверхвысокого (до 20 МПа) давления имеют колбы из кварцевого стекла, сохраняющего прочность при рабочих темп-рах 700-1200 К. В лаб. источниках используются камеры спец. конструкций, напр, с продувом газа, с дифференциальной откачкой для получения вакуумного УФ-излучения и др. Спектральный диапазон излучения, выходящего из газоразрядных И. о. и., определяется областью пропускания материала колбы лампы - силикатных (0,29-4 мкм) и кварцевых (0,16-4,5 мкм) стёкол или окошек из этих и др. оптических материалов (сапфир, флюорит, MgF, LiF).Газоразрядные И. о. и. низкого давления (рх20 кПа) в зависимости от плотности тока на катоде j _к работают в режиме тлеющего или дугового разряда. В индикаторных лампах и панелях, обычно наполняемых смесью Ne с Не и Аr, используется тлеющее свечение, локализованное вблизи катода (L_v=10²-10⁴ кд/м ²). Трубчатые лампы с парами Hg (р _н~10 Па) и Na(р _н~0,2 Па) в положительном столбе разряда излучают в резонансных линиях Hg (l=253,7; 184,9 нм) и Na (l=589,0;589,6 нм) до 80% вводимой мощности, благодаря чему достигаются большие кпд и h_v.Вследствие малых токов их мощность Рх80 и 500 Вт соответственно, а срок службы доходит до 15000 ч. Натриевые лампы имеют самую высокую h_v (до 170 лм/Вт), но из-за плохой цветопередачи применяются только для наружного освещения и сигнализации. Ртутные люминесцентные лампы широко используются для внутреннего и декоративного освещения. На внутр. поверхность их стеклянной трубки Ж(1,7-4)3(13-150) см наносится слой люминофора, преобразующий резонансное излучение Hg в видимую область со спектральным составом излучения, близким к дневному свету ( Т _с=2700-6000 К, L_v до 80 ккд/м ², h_v до 90 лм/Вт) или определённой цветности. Эритемные (люминесцентные с l=280-400 нм) и бактерицидные лампы, излучающие с l=253,7 нм через стенку колбы из увиолевого стекла, используются в медицине и биологии. <Спектральные лампы, излучающие узкие, в основном резонансные линии разл. элементов или непрерывный спектр с известной спектральной плотностью Ф _е, используются в спектрофотометрии, эмиссионном, атомно-абсорбционном и атомно-флуорес-центном анализе, спектроскопии сверхвысокого разрешения, оптич. магнитометрии, рефрактометрии, в качестве эталонов длин волн и спектральной плотности при градуировке спектральных приборов и приёмников излучения. Спектральные дуговые лампы с парами металлов (Hg, Cd, Zn, Tl, Na, К, Rb, Cs) излучают линейчатые спектры с яркими (L_v=2,5-1000 ккд/м ²) резонансными линиями металлов в видимой, ближних УФ- и ИК-областях; лампы с инертными газами излучают линейчатые спектры с резонансными линиями инертных газов в вакуумной УФ-области (Ф _e=10¹⁴-10¹⁶ ф/с). Водородные и дейтериевые лампы излучают рекомбинац. и молекулярный континуум в диапазоне l=500-165 нм и линейчатый спектр до l=90 им. В высокочастотных безэлектродных лампах (серийные - со сферич. стеклянной колбой Ж 2 см) спектры этих и нек-рых др. легколетучих элементов возбуждаются эл.-магн. полем с частотой 1-10⁴ МГц, благодаря чему устраняются электродные загрязнения, уменьшаются самопоглощение и уширение резонансных линий, а их интенсивность значительно возрастает. Спектральные лампы с полым катодом излучают линейчатыеспектры элементов, в т. ч. труднолетучих, распыляемых с катода ионной бомбардировкой. Спектральные лампы всех типов позволяют получать линейчатые спектры ок. 70 хим. элементов. В спектроскопии используются также разл. лаб. модификации газоразрядных И. о. и. низкого давления: лампы с инертными газами, излучающие молекулярные континуумы в диапазоне l=60-200 нм; метрологич. лампы с чётными изотопами, имеющими особо узкие линии без сверхтонкой структуры (Dv=0,01 см ^-1) при охлаждении области разряда до криогенных темп-р, и др. источники. <Дуговые лаб. источники и серийные лампы высокого и сверхвысокого давлений позволяют вводить значит, уд. мощность (j _к>100 А/см ²) и дают излучение высокой яркости с широко варьируемым спектром. Свободно горящая дуга, используемая в эмиссионном спектральном анализе, имеет неустойчивый канал, в к-рый поступают испускающие линейчатый спектр пары материала электродов или спец. вставки в нём. В лаб. источниках, применяемых в спектроскопии плазмы, дуга стабилизируется устраняющей загрязнения вытяжкой газа через электроды или охлаждаемыми водой медными шайбами (при наблюдении канала длиной неск. см и Ж0,2-1 см вдоль оси). Такaя стабилизированная каскадная дуга используется и как эталонный источник (в континууме Аr при р=0,1-1 МПа, Т_B до 1,2.10⁴ К; в вакуумных УФ-линиях Н Т_B до2,2.10⁴ К). Мощная дуга с вихревой стабилизацией канала Ж 0,2-1 см и длиной неск. см, обычно в Аr при р до 7 МПа и Р до 150 кВт, даёт сплошное излучение с Т_B~6000 К и применяется для имитации солнечного излучения, в фотохимии и установках радиац. нагрева. <В дуговых ртутных трубчатых (ДРТ) лампах высокого давления [Ж (1,5-3,2)3(4,5-100) см, Р=0,1-5 кВт] резонансные линии сильно самообращены и в основном излучаются уширенные линии в УФ (l=313,365 нм) и видимой областях; в сплошном ИК- спектре при l>100 мкм Т_B~1000-4000 К. Специально стабилизированная лампа такого типа с хорошо воспроизводимым распределением спектральной плотности Ф _е в УФ-спектре служит эталонным источником. Лампы ДРТ применяются в люминесцентном анализе, фотохимии, ИК-спектроскопии, для возбуждения спектров комбинац. рассеяния, в медицине и биологии, для светокопирования и фотолитографии. Для освещения используются ртутные лампы, в к-рых разрядная трубка помещается в стеклянную оболочку, покрытую люминофором, усиливающим красную часть спектра ( Р=80-2000 Вт, h_v до 50 лм/Вт); для УФ-облучения разрядная трубка помещается в непрозрачную для видимого света оболочку. <В металлогалогенных лампах - дуговых ртутных с излучающими добавками (ДРИ) - спектр корректируют, вводя в разряд галогениды разл. металлов (Na, Tl, In, Sn, Sc, Dy, Ho, Tm), к-рые испаряются легче, чем сами металлы, и не разрушают кварцевую колбу. Замкнутый галогенный цикл переноса металла со стенки в область разряда протекает при высокой и равномерной темп-ре колбы, поэтому разрядную трубку помещают в стеклянную оболочку или делают лампы с короткой дугой в шаровой колбе. Лампы ДРИ ( Р=0,4-4 кВт, h_v=60-100 лм/Вт), имеющие спектр, близкий к солнечному (T_B=4200-6000 К), используют для имитации его излучения, цветных фото-, кино- и телевизионных съёмок, в полиграфии, проекц. аппаратуре и прожекторах. В шаровых лампах сверхвысокого давления - дуговых ртутных (ДРШ) и ксеноновых (ДКсШ) - для уменьшения тепловой нагрузки стенка удалена от канала разряда, и он сохраняет устойчивость только при малом межэлектродном промежутке (0,03-1 см). Лампы ДРШ ( Р=0,1-10 кВт, L_v=10⁸-2,5.10⁹ кд/м ²),имеющие спектр, обрезанный при l<280 нм за счёт самопоглощения, с сильно . уширенными линиями и интенсивным фоном, находят применение в люминесцентном анализе и микроскопии, проекц. системах и в фотолитографии. Лампы ДКсШ ( Р=0,2-3 кВт; разборные, с принудительным охлаждением до 55 кВт, h_v=35-58 лм/Вт, L_v=10⁸-6.10⁹ кд/м ²), используемые в кинопроекц. аппаратуре, в установках радиац. нагрева и сварки светом, для имитации излучения Солнца, имеют в видимой области непрерывный спектр, близкий к солнечному, с группой сильных линий в диапазоне l=0,8-1 мкм. Их излучение можно модулировать с частотой до неск. десятков кГц. Ксеноновые трубчатые лампы высокого давления Ж (0,4-3,8)3(5-210) см, Р=2-50 кВт, h_v=20-45 лм/Вт, L_v=3.10⁷ кд/м ²), имеющие аналогичный спектр, но с большим числом линий, применяются для наружного освещения и для накачки лазеров непрерывного действия. Для накачки Nd лазеров небольшой мощности более эффективны криптоновые лампы с менее насыщенным спектром, в к-ром фон слабее и доминируют уширенные линии, а также лампы с парами щелочных металлов (особенно К-Rb), т. к. их спектры лучше согласуются с полосами накачки. Лампы с парами щелочных металлов при давлении ~1 атм в трубках Ж (0,5-1,2)3(3,5-12) см из сапфира или поликора селективно излучают в видимой и нижней ИК-областях ( Р=0,25- 1 кВт, Т_B до 4500 К). Натриевые лампы высокого давления с разрядной трубкой, содержащей также Хе и Hg во внеш. колбе, применяются для освещения ( Т _с=2100К).Импульсные плазменные И. о. и. имеют высокую яркость, достигаемую за счёт кратковрем. ввода очень большой уд. мощности при электрич. разряде, обычно питаемом от батареи конденсаторов, а также при лазерном нагреве или ударном сжатии газа. Импульсные трубчатые или шаровые лампы, как правило, наполняемые Хе при давлении 10-100 кПа, рассчитаны на определ. энергию разряда W или ср. мощность Р _ср в частотном режиме, в пределах к-рых могут варьироваться длительность и яркость одиночной вспышки. В спектре их излучения наблюдаются уширенные атомные и ионные линии, особенно яркие в диапазоне l=0,8-1 мкм, и сплошной фон, насыщаемый в зависимости от режима разряда до уровня, близкого к излучению абсолютно черного тела. Трубчатые лампы делятся на три осн. типа: для накачки лазеров - Ж (0,5-1,6)3(3,6-100) см, W=50-4.10⁴ Дж, Р _ср=0,01-10 кВт, t=0,1-1,5 мс; светосигнальные и фотоосветительные с прямой, спиральной и др. трубками - W=15-2.10⁴ Дж, Р _ср=2-5500 Вт, t=0,06-40 мс, L_v до 8.10⁹ кд/м ²; стробоскопические (капиллярные) - Ж (0,05-0,5)3(1-7) см, W=0,05-25 Дж, Р _ср=4-1600 Вт, t=2-300 мкс, L_v до 1,2.10¹⁰ кд/м ² с частотой импульсов до 5 кГц. В шаровых лампах (W=0,002-160 Дж, Р _ср=2-500 Вт, t=0,35-50 мкс), используемых в стробоскопах, фотолитографии, для сверхскоростной фотосъёмки, достигаются L_v до 10¹¹ кд/м ² (T_B~3.10⁴ К). Искровой разряд с наименьшими длительностями t@нс реализуется при мин. индуктивности разрядного контура в лаб. источниках для импульсного фотолиза или для сверхскоростной фотосъёмки. Разновидностями искрового разряда, применяемыми в эмиссионной спектроскопии, является вакуумная искра, в к-рой возбуждаются спектры многозарядных ионов, и скользящий разряд, развивающийся по поверхности подложки из термостойкого диэлектрика различной формы, размерами несколько см. Лазерная плазма, образующаяся при фокусировке мощного импульса лазерного излучения в плотном газе (лазерная искра, T_B=(2-4,5).10⁴ К) или на твёрдой мишени (T_B=3.10⁴-1,8.10⁵ К, S=10^-3-10^-1 см ²), позволяет получить яркую вспышку (t==10^-8-10^-7 с) и используется в абсорбционной и эмиссионной спектроскопии. <В электроразрядных эрозионных И. о. и. при большой уд. мощности, вводимой в ограниченный стенкой или магн. полем канал разряда, плазма образуется из материала прилегающей к нему интенсивно испаряющейся непроводящей стойки и канал продувается разогреваемыми в нём продуктами эрозии. При истечении плазмы в окружающее пространство устанавливаются квазистационарные условия, а продув канала обеспечивает его устойчивость при воздействии магн. поля. На основе капиллярного разряда с испаряемой стенкой (КРИС) создана серия импульсных стандартов яркости, излучающих как абсолютно черное тело при Т=(3,3-4,0).10⁴ К в области l=4,5 мкм- 75 нм через открытый торец пластмассовых капилляров Ж 0,45-0,2 см (t=3.10^-6-4.10^-4 с), а принцип его действия использован в мощной лампе для УФ-области с газовой защитой кварцевой трубки Ж 3320 см продуктами испарения спец. пластмассовой вставки внутри неё (W=200 кДж, T_B=2,2.10⁴ К, t=2.10^-4 с). В магнитоприжатых разрядах (МПР) плазма прижимается внеш. магн. полем к плоской 44240 см ² или цилиндрич. Ж 14375 см ² поверхности разл. диэлектриков ( Т_B=(1-2,5).10⁴ К, t=10^-4-2,5.10^-2 с). Плазменный фокус Ж 0,63(5-15) см ² магнитоплазменного компрессора излучает сильный континуум, создаваемый рекомбинирующими ионами, в вакуумной УФ-области до l@4 нм (W=9,4 кДж, Т_B=(2,5-6).10⁴ К, t=20 мкс). Мощные стендовые И. о. и. такого типа используются для накачки лазеров, имитации высокотемпературных радиационно-газодинамич. явлений; лаб. источники КРИС и МПР - в спектроскопии плазмы. <Металлич. плазма, образующаяся при электрич. взрыве тонких проволочек в газе или вакууме (W до 70 кДж, t=1-100 мкс), даёт яркую вспышку излучения со сплошным спектром, близким к абсолютно черному телу при T_B=(1,5-5).10⁴ К. Литиевая плазма оптически прозрачна при l<465 нм. При взрыве фольги или одновременно неск. проволочек образуется плазма с развитой плоской или цилиндрич. излучающей поверхностью размером до Ж (20340) см ² с T_B=(1,5-3).10⁴ К при W до 250 кДж (т. н. слойный импульсный разряд). Взрывом проволочки инициируются протяжённые (до 1 м) сильноточные (до 500 кА) самосжатые разряды в газах (Z=пинч, Т-(2-4).10⁴ К). Такого типа И. о. и. применяются для накачки лазеров и импульсного фотолиза (стендовые установки), а также для освещения в фотографии и сверхскоростной съёмке (лаб. источники). Импульсная сильноточная дуга в Аr излучает в вакуумной УФ-области до l=110 нм (W=1-10 кДж, Т_B до 3.10⁴ К) и используется для импульсного фотолиза и фотоионизации газа в фотоионизац. лазерах. В таких разрядах расширяющийся канал диам. <етром неск. см сжимается под действием магн. поля тока ( пинч-эффект); длительность эффективного излучения не превышает ~100 мкс вследствие развития МГД-неустойчивостей. Импульсный нагрев газа при его быстром сжатии до состояния излучающей плазмы осуществляется в движущихся со сверхзвуковой скоростью ударных волнах, создаваемых в т. н. ударных трубах, к-рые применяются для определения атомных и молекулярных констант и сечений элементарных фотопроцессов. Интенсивное излучение со сплошным спектром, близким к излучению абсолютно черного тела при Т до 10⁵ К, наблюдается в сильных ударных волнах, образующихся при выходе детонационной волны из кумулятивного канала заряда взрывчатого вещества в газ (воздух, инертный газ) при давлении ~1 атм. Эти т. н. взрывные И. о. и. с Т_B=(2,4-6).10⁴ К, Ж 3-8 см и t=5-30 мкс используются для высокоскоростной фотографии, световых испытаний материалов и в качестве стандартов яркости. Люминесцирующие И. о. и. В источниках света этого типа излучают холодные твёрдые и жидкие люминофоры и газы, возбуждаемые потоком фотонов, электронов и др. частиц или электрич. полем. Их световые характеристики и спектр излучения определяются свойствами люминофоров, а также плотностью потока и энергией возбуждающих частиц или напряжённостью электрич. поля. <Фотолюминесценция используется для преобразования спектра излучения первичного источника. В люминесцентных лампах слой люминофора (обычно галофосфат Са, активированный Sb и Мn, фосфат-ванадат Y, активированный Еu) излучает в видимой или ближней УФ-области под действием УФ-излучения разряда. Флуоресцентные резонансные лампы излучают очень узкие резонансные линии при фотовозбуждении паров металлов или газов внешним источником. <Катодолюминесценция, возникающая в газах под действием мощного пучка электронов о энергией E~10⁵-10⁶ эВ, используется для получения коротких вспышек излучения с t@10^-9-10^-6 с; при этом в инертных газах излучаются молекулярные континуумы с М _е до 10⁴ МВт/м ². В газоструйном источнике непрерывного действия струя Аr при криогенных темп-pax возбуждается электронным пучком (E~2 кэВ) и излучает молекулярный континуум в области l=50-150 нм со спектральным распределением, близким к солнечному. Такие же континуумы излучения при энергии электронов в пучке E~500 эВ наблюдаются в крнокристаллах инертных газов (Ф _N/10¹⁶ ф/с). Источники с атомным пучком, возбуждаемым потоком электронов, используются для получения очень узких спектральных линий с Dv до 0,002 см ^-1. В источнике "пучок-фольга" при прохождении пучка ионов из ускорителя через тонкую фольгу возбуждаются спектры атомов и многозарядных ионов. Такой источник используется для определения вероятности энергетич. переходов. Катодолюминесцентными И. о. и. являются покрытые люминофорами экраны электроннолучевых трубок и электронно-оптич. преобразователей (L_v до 3.10⁴ кд/м ²), возбуждаемые пучком электронов с E~10' эВ, а также низковольтные катодолюминесцентные индикаторы (E~10-30 эВ, L_v до 1500 кд/м ²).Электролюминесценция газов возникает в сильном электрич. поле при существенно неравновесных условиях их возбуждения, напр, в источнике с самостоятельным поперечным разрядом наносекундной длительности, излучающем в молекулярных полосах N₂ при атм. давлении поток фотонов Ф _N до 10²⁴ фотон/с. На основе инжекционной электролюминесценции в полупроводниковых кристаллах работают светоизлучающие диоды (L_v до 1000 кд/м ²), изготовляемые в виде дискретных (S~10^-6 см ²) а интегральных устройств, служащих осн. элементом оптоэлектроники, применяемых также для индикации и сигнализации и в качестве калибровочных источников. В электролюминесцентных индикаторных панелях (L_v до 300 кд/м ²) используется предпробойное свечение порошкообразных активированных кристаллофосфоров, помещаемых между обкладками конденсатора, на к-рый подаётся перем. напряжение. <Радиолюминесценция, возбуждаемая продуктами радиоактивного распада разл. изотопов, позволяет получать, напр., резонансное излучение инертных газов в радиоизотопных спектральных лампах ( М_N до 10¹² ф/с. <см ²) или видимое излучение в светосоставах постоянного действия (L_v~0,2 кд/м ²). Световые вспышки, возникающие в сцинтилляторах под действием ионизирующих частиц, а также излучение Черенкова - Вавилова и переходное излучение используются для регистрации релятивистских заряж. частиц. <Синхротронное излучение, испускаемое электронами в синхротронах, имеет интенсивный сплошной спектр, перекрывающий весь оптич. диапазон. Оно может быть точно рассчитано, его спектральный состав и яркость (Ф _N при l=10 нм до 7.10¹⁵ фотон/с. <см, Ф _N при l=100 нм до 3.10¹⁴ фотон/с. <см) регулируются изменением энергии электронов; оно очень стабильно, благодаря чему используется как эталонное в вакуумной УФ-области, однако оно узко направлено по касательной к орбите электронов и частично поляризовано. Синхротрон вместо с рабочим оборудованием представляет собой сложную стендовую установку. Лит.: Импульсные источники света, под ред. И. С. Маршака, 2 изд., М., 1978; Рохлин Г. Н., Газоразрядные источники света, М.-Л., 1966; Литвинов В. С., Рохлин Г. Н., Тепловые источники оптического излучения, М., 1975; Зайдель А. Н., Шрейдер Е. Я., Вакуумная спектроскопия и её применение, М., 1976; Александров А. Ф., Рухадзе А. А., Физика сильноточных электроразрядных источников света, М., 1976; Цикулин М. А., Попов Е. Г., Излучательные свойства ударных волн в газах, М., 1977; Лебедева В. В., Техника оптической спектроскопии, 2 изд., М., 1986; Криксунов Л. 3., Справочник по основам инфракрасной техники, М., 1978; Либерман И., Источники некогерентного оптического излучения, в кн.: Справочник по лазерам, пер. с англ., т. 2, М., 1978, с. 58; Подмошенский И. В., Физика и техника плазменных источников света, "Тр. ГОИ им. С. И. Вавилова", 1983, т. 52, в. 186, с. 19; Справочная книга по светотехнике, под ред. К). Б. Айзенберга, М., 1983; Басов Ю. Г., Спектры коротковолнового излучения импульсных ламп (обзор), "Ж. прикл. спектроскопии", 1984, т. 40, в. 6, с. 885; Шишацкая Л. П., Источники вакуумного ультрафиолетового излучения непрерывного действия (обзор), "Оптико-мех. прoм-сть", 1984, № 9, с. 54. С. Н. Белов.

(Источник: «Физическая энциклопедия». В 5-ти томах. М.: «Советская энциклопедия», 1988

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/1163 

05.20.02 «Электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве»

по техническим наукам.  

ВВЕДЕНИЕ

В основу настоящей  программы положены следующие дисциплины: теоретические основы электротехники; технологические основы электротехнологии; методы и электрооборудование электрификации сельского хозяйства.

Программа разработана  экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по сельскохозяйственным наукам (инженерным агропромышленным специальностям).

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

1.1. Линейные электрические цепи постоянного тока. Параметры, характеризующие электрические цепи. Источники Э.Д.С. и тока. Закон Ома. Электрическая энергия, мощность. Законы Кирхгофа. Преобразования электрических схем. Методы расчета электрических цепей.

1.2. Линейные электрические цепи синусоидального тока. Общие сведения. Резистор, индуктивность и емкость в цепи синусоидального тока. Анализ синусоидального тока с помощью векторных диаграмм. Мощность цепи синусоидального тока. Расчет цепей. переменного тока методом преобразований. Комплексный метод расчета. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Резонанс в электрических цепях. Электрические цепи с взаимной индуктивностью. Четырехполюсники. Схемы замещения четырехполюсников. Коэффициенты четырехполюсников.

1.3. Трехфазные цепи. Общие сведения. Симметричный режим работы трехфазной цепи. Расчет несимметричных режимов трехфазных цепей. Векторные диаграммы трехфазных цепей. Пульсирующее и вращающееся магнитное поле. Метод симметричных составляющих. Расчет трехфазных цепей методом симметричных составляющих.

1.4. Переходные процессы в электрических цепях. Общие сведения. Классический метод расчета переходных процессов в неразветвленных и разветвленных цепях. Операторный метод расчета переходных процессов. Частотный метод расчета переходных процессов.

1.5. Цепи несинусоидального тока. Причина возникновения и отличия несинусоидальных токов от синусоидальных. Симметрия несинусоидальных функций. Разложение несинусоидальных функций в ряд Фурье и определение их коэффициентов. Расчет тока, напряжения и мощности в несинусоидальных цепях. Высшие гармоники.

1.6. Нелинейные электрические цепи. Общие сведения. Методы расчета нелинейных электрических цепей. Феррорезонанс напряжений и токов.

1.7. Электрические цепи с распределенными параметрами. Общие сведения. Уравнения однородной линии. Четырехполюсник однородной линии. Переходные процессы в цепях с распределенными параметрами.

1.8. Электромагнитные поля. Общие сведения о магнитном поле и магнитной цепи. Энергия магнитного поля. Механические силы в магнитном поле. Основные законы и методы расчета магнитных цепей. Общие сведения об электрическом поле. Расчет емкости, напряженности и энергии электрического поля. Преобразования и методы расчета электростатических полей. Переменное магнитное поле. Уравнение электромагнитного поля. Уравнения Максвелла. Переменное электромагнитное поле в диэлектрике и проводящей среде.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ

2.1. Электротехнология как наука и область техники. Роль электротехнологии в сельском хозяйстве. Виды электротехнологий и области их использования в сельском хозяйстве. Современное состояние и тенденции развития. Энергетический баланс сельского хозяйства. Электрофизические факторы.

2.2. Физические свойства сельскохозяйственного сырья и продукции: механические, электрические, магнитные, оптические, тепловые, акустические и другие. Электрофизические воздействия на живые биологические объекты - растения, микроорганизмы, животных, птиц и т.п. Энергетическое, низкоэнергетическое и информационное воздействие электроэнергии на биологические объекты. Дозы воздействия. Энергетические взаимопревращения в живых организмах.

2.3. Технологические способы электронагрева. Прямой нагрев сопротивлением. Электроконтактный нагрев. Электродный нагрев. Косвенный электронагрев сопротивлением. Инфракрасный нагрев и области его использования. Электродуговой нагрев и области его применения. Свойства и характеристики электрической дуги. Устойчивость горения и регулирования тока дуги. Индукционный нагрев и область его применения. Индуктор и индукционные нагреватели промышленной частоты. Диэлектрический нагрев, физические основы и особенности индукционного и диэлектрического нагрева в электромагнитном поле высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты.

Физические основы и области применения термоэлектрического  нагрева и охлаждения.

Электронно-лучевой  и лазерные нагревы. Физические принципы работы и области применения электронной  печи и лазера. Преимущества, недостатки и области использования перечисленных электротехнологий электронагрева.

2.4. Технологические способы использования оптических излучений. Светотехника как наука и техника освещения и облучения в сельском хозяйстве. Солнечное излучение - энергетическая основа сельскохозяйственного производства. Природа оптических излучений. Взаимодействия оптических излучений с биологическими объектами. Спектральные характеристики источников и приемников оптических излучений. Основы законы светотехники. Светотехнические, энергетические величины и способы их измерения. Преимущества, недостатки и области использования ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных облучательных установок в сельском хозяйстве.

2.5. Обработка материалов и продуктов электрическим током. Технологические свойства проявления электрического тока. Электрохимические и электрокинетические процессы. Электротермообработка грубых кормов. Электромелиорация почвы. Электростимуляция семян и развития растений. Электролиз, гальванизация, электрофорез, электросмеси.

2.6. Электроимпульсная технология и ее особенности. Параметры электрических импульсов. Принципы действия генераторов импульсов. Электроимпульсная обработка растительных материалов и уничтожение сорняков. Электрогидравлический эффект. Электрофизические методы обработки металлов. Импульсные токи в ветеринарии.

2.7. Применение электрических полей высокого напряжения. Характеристика и область использования полей постоянного и переменного напряжения промышленной частоты. Способы зарядки частиц. Коронный разряд и его характеристика. Заряженные частицы в электрическом поле, их движение. Электростатическое, электрокоронное и диэлектрическое сепарирование семян и других диэлектрических сыпучих материалов. Электроаэрозольные технологии в животноводстве и защищенном грунте. Озонные технологии в животноводстве и растениеводстве.

2.8. Применение магнитных полей. Характеристика и области использования магнитного поля в сельскохозяйственных технологиях. Магнитная очистка семян и кормов, обработка воды.