Étude de la zone à proximité de l'électrode d'une lampe au mercure basse pression par spectroscopie d'émission

par Zein El Abidine Tlais

Thèse de doctorat en Physique et ingénierie des plasmas de décharge

Sous la direction de Georges Zissis.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ce travail présente une étude expérimentale de la zone à proximité de l'électrode d'une lampe au mercure basse pression. J'ai mis en place un outil expérimental afin d'estimer la durée de vie de ce type de lampe qui est de plus en plus utilisé, économies d'énergie obligent. Ce sujet aborde aussi le fonctionnement de cette lampe en gradation, avec pour objectif une meilleure compréhension des processus limitant la durée de vie de ce type de lampe, plus précisément de la pulvérisation et de l'évaporation du matériau émissif recouvrant l'électrode. En général, les électrodes des tubes fluorescents sont constituées d'enroulements multiples de tungstène, couverts d'une couche d'oxydes alcalins destinée à réduire le travail de sortie de l'ensemble, tels que le BaO, SrO et CaO. En régime permanent, le baryum est extrait soit par évaporation soit par pulvérisation avec pour conséquences dans ce cas précis l'appauvrissement de l'émetteur d'électrons et finalement l'échec de la lampe. Lorsque les courants de décharge et de chauffage s'écartent des valeurs nominales, l'évaporation et/ou la pulvérisation peuvent augmenter fortement et par conséquent, peuvent raccourcir considérablement la durée de vie de la lampe. Par spectroscopie d'émission, j'ai identifié des raies intenses du baryum neutre et ionisé, ce qui peut être corrélé à la disparition de baryum à la surface de l'électrode. L'intensité de ces raies est exploitée par la suite pour évaluer le mode de fonctionnement des électrodes soumises à divers modes d'alimentations. Pour caractériser la présence du baryum dans la phase vapeur au voisinage de l'électrode, j'ai introduit un indicateur original qui est la largeur à mi-hauteur du profil de la luminance totale d'une raie de BaI ou de BaII intégrée sur la longueur de l'électrode. Cet indicateur est corrélé avec le courant de décharge et le courant de chauffage de l'électrode, ces deux paramètres étant quasi indépendants. J'ai pu distinguer les effets des valeurs, d'une part, du courant de décharge et, d'autre part, du courant de chauffage de l'électrode respectivement sur la pulvérisation et sur l'évaporation du baryum. Ainsi, j'ai pu déterminer une zone où le compromis entre évaporation et pulvérisation est optimal, et le faite que le courant de chauffage doit être régulé en fonction du courant de décharge pour minimiser la consommation de la pâte émettrice de l'électrode.

  • Titre traduit

    Study of the area near the electrode of a low-pressure mercury lamp by emission spectroscopy


  • Résumé

    In this work an experimental investigation of a low pressure mercury discharge lamp, especially the region nearby its electrode is reported. I have implemented an experimental tool to estimate the lifetime of this type of lamps which are more and more frequently used, for saving energy. These investigations were performed in dimming mode. The main objective of this work is to better understand processes limiting fluorescent lamp lifetime, and more precisely the sputtering and the evaporation of the emissive material covering the electrode. In general, a hot cathode in fluorescent lamps consists of tungsten coils coated with mixed alkaline earth oxides, such as BaO, SrO and CaO. This oxide coating is used to lower the electrode work function. During normal operation, barium is extracted either by evaporation or by sputtering, causing the depletion of the electron emitter and finally the lamp failure. If the discharge current flowing through the lamp, and/or the heating current flowing through the electrode move away from nominal values, evaporation and/or sputtering can reach a very high magnitude and can drastically shorten lamp lifetime. Using high-sensitivity spectroscopy emission method, we have identified the barium atom and ion emission, in the cathode region, which can be correlated to barium disappearance at the electrode surface. In a second experiment, the intensity of these lines is processed to find out the electrode operating mode for several electrical operating conditions. To characterize the presence of barium in the vapor phase, an original indicator, which is the half-width of the profile of the total luminance of the line of BaI or BaII integrated over the length of the electrode is proposed. This indicator is dependant, on one hand, the discharge current and, on the other hand, the heating current of the electrode. It is possible to distinguish the effects of the discharge current and the heating current of the electrode on the evaporation and on the sputtering of barium and, therefore, determine an area where the compromise between evaporation and sputtering is optimum. The heating current must be regulated according to the discharge current to minimize the consumption of the emissive material of the electrode.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (161 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 159-161

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010TOU30105
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