Experimental study of the breakdown process in planilum dielectric lamp

• Autorzy: Ghaleb Fatiha , Cailler Bruno , Belasri Ahmed , Bendella Soumia

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.01.18

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne procesu rozpadu w lampie dielektrycznej planilum

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Applying an electric field to a gas environment can result in complete or partial breakdown, resulting in a conductive medium referred to as plasma, made up of electrons and free ions. Electrical breakdown of plasma is run with a high pressure gas, for which the breakdown voltage reduction can be accomplished by mixing a percentage of xenon in the neon. The UV light emitted by xenon plasma is converted into visible light. Several factors such as electric field strength, gas type and gas pressure and geometry influences breakdown. This measurement is based on these factors as electrical breakdown parameters. Our work is an experimental measurement of breakdown voltage according to the product of the electrode spacing and the pressure in a lamp that consists of two planilux glass plates designated by PLX. These two barriers are filled with a xenon-neon gas mixture. The results obtained show some factors that affect the Paschen curve such as the xenon percentage in xenon-neon gas mixture as well as the parametric effect of the geometry which we use to increase the luminous efficiency and to reduce the breakdown voltage of this Planilum dielectric lamp.

PL

Przyłożenie pola elektrycznego do środowiska gazowego może spowodować całkowite lub częściowe przebicie, w wyniku czego powstanie ośrodek przewodzący zwany plazmą, składający się z elektronów i wolnych jonów. Przebicie elektryczne plazmy odbywa się za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem, dla którego zmniejszenie napięcia przebicia można osiągnąć poprzez zmieszanie procentu ksenonu z neonem. Światło UV emitowane przez plazmę ksenonową jest zamieniane na światło widzialne. Na przebicie wpływa kilka czynników, takich jak natężenie pola elektrycznego, rodzaj gazu oraz ciśnienie i geometria gazu. Pomiar ten opiera się na tych czynnikach, takich jak parametry przebicia elektrycznego. Nasza praca polega na doświadczalnym pomiarze napięcia przebicia w zależności od iloczynu odstępu elektrod i ciśnienia w lampie składającej się z dwóch szklanych płytek planilux oznaczonych przez PLX. Te dwie bariery są wypełnione mieszaniną gazów ksenonowo-neonowych. Otrzymane wyniki wskazują na pewne czynniki wpływające na krzywą Paschena, takie jak procentowa zawartość ksenonu w mieszaninie gazów ksenonowo-neonowych oraz efekt parametryczny geometrii, którą stosujemy w celu zwiększenia wydajności świetlnej i zmniejszenia napięcia przebicia tej dielektrycznej lampy Planilum.

Słowa kluczowe

EN

Planilum lamp; breakdown voltage; dielectric barrier; Xe-Ne gases

PL

lampa planilum; napięcie przebicia; bariera dielektryczna; gaz Xe-Ne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 1
• Strony: 96--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Ghaleb Fatiha

• Laboratoire de Physique des Plasmas Matériaux Conducteurs et leurs Applications, University of Sciences and Technology USTOMB, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-1535-4114

autor

Cailler Bruno

• Laboratoire Diagnostic des Plasmas Hors Equilibre DPHE, Institut national Universitaire Champollion, Albi, France

autor

Belasri Ahmed

• Laboratoire de Physique des Plasmas Matériaux Conducteurs et leurs Applications, University of Sciences and Technology USTOMB, Algeria

autor

Bendella Soumia

• Laboratoire de Physique des Plasmas Matériaux Conducteurs et leurs Applications, University of Sciences and Technology USTOMB, Algeria

Bibliografia

• [1] Yaseen W. I., “Study of DC Breakdown Voltage in Low Pressure Argon and Nitrogen Gases for Several Electrode Gap”, Journal of al-nahrain University, 20(1), 89-92(2017)
• [2] Ghaleb F., Benstâali W., Belasri A., “Calculation of breakdown voltage in plasma display panels”, Materials Science and Engineering: C, 28(2008), 5-6, 791-794
• [3] Uhm H. S. and Choi E. H., “Influence of xenon mole fraction on luminous efficiency of the plasma display panel”, Thin Solid Films, 475(2005), 327-331.
• [4] Ghaleb F. Belasri A., “Numerical and theoretical calculation of breakdown voltage in the electrical discharge for rare gases”, Radiation Effects & Defects in Solids, 167 (6) (2012), 377-383
• [5] Beroual A., Khaled U. and Coulibaly M., “Experimental investigation of the breakdown voltage of CO2, N2, and SF6gases, and CO2–SF6 and N2–SF6 mixtures under different voltage waveforms”, Energies, 11(2018), 902, 1-12. https://doi.org/10.3390/en11040902
• [6] Pejovic M. M., Ristic G. S. and Karamarkovic J. P., “Electrical breakdown in low pressure gases”, Journal of Physics D: Applied Physics, 35(2002), 10. https://doi.org/10.1088/0022-3727/35/10/201
• [7] Voldman S. H., “ESD Phsics and Devices”, John Wiley and Sons, Ltd, the Atrium. England, (2004).
• [8] Fu Y., Yang S., Zou X., Luo H. and Wang X., “Effect of distribution of electric field on low-pressure gas breakdown”, PHYSICS OF PLASMAS, 24(2017), 023508, 1-5
• [9] Liu X., Shi Z., Yang G., Yan X., “Experimental study on breakdown voltage of high pressure and high temperature helium gas between parallel electrodes”, Annals of Nuclear Energy, 110(2017), 1224-1231
• [10] Loveless A. M., Meng G., Ying Q. and al. “The transition to Paschen’s law for microscale gas breakdown at subatmospheric pressure”, Sci Rep 9(2019), 5669, 1-7. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42111-2.
• [11] Fu Y., Krek J., Zhang P., Verboncoeur J. P., “Evaluating microgap breakdown mode transition with electric field non-uniformity”, Plasma Sources Sci. Technol, 27(2018), 095014, 1-8
• [12] Shagar A. M., Abd El-Latif S. T. and Ebrahim F. A., “Minimum breakdown parameters through H2, He, N2 and Ar Gases”, Arab J. Nucl. Sci. & Applic, 52(2019) No. 1, 161-168. DOI: 10.21608/ajnsa.2018.3102.1070.
• [13] Peschot A., Bonifaci N., Lesaint O., Valadares C., and Poulain C., “Deviations from the Paschen's law at short gap distances from 100 nm to 10 μm in air and nitrogen”, Appl. Phys. Lett, 105(2014),123109. https://doi.org/10.1063/1.4895630
• [14] Torab S., Saleh H., El-Khabeary H., Helal A., “Simulator of planar electrodes plasma characteristics using different gases”, Egyptian Journal of Physics, 48(2020) 1, 37-43. DOI: 10.21608/EJPHYSICS.2019.19108.1025.
• [15] Mathewa P., George J., Mathews T. S., and Kurian P. J., “Experimental verification of modified Paschen’s law in DC glow discharge argon plasma”, AIP Advances, 9(2019), 025215, 1-5. https://doi.org/10.1063/1.5086246.
• [16] Massarczyk R., Chu P., Dugger C., Elliott S.R., Rielage K. and Xu W., “Paschen's law studies in cold gases”, Journal of Instrumentation, 12(2017), 06019. DOI:10.1088/1748-0221/12/06/P06019.
• [17] Korolov I., Derzsi A. and Donkó Z., “Experimental and kinetic simulation studies of radio-frequency and direct-current breakdown in synthetic air”, J. Phys. D: Appl. Phys, 47(2014), 475202,1-9.DOI:10.1088/0022-3727/47/47/475202
• [18] Tazrout H., Flitti A., PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 97(2021) NR 5, 51-64
• [19] Larbi Daho Bachir N., Belasri A., Guillot Ph. & Caillier B., “Radiative Emissions in Visible–IR of Krypton Excilamp: Experimental and Theoretical Interpretations”, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 39(2019), 1243-1254. https://doi.org/10.1007/s11090-019-09999-0.
• [20] Caillier B., Therese L., Belenguer P. and Guillot P., “Studies of a Mercury-Free DBD Lamp”, Plasma, 4(2021), 82–93. https://doi.org/10.3390/plasma4010006.
• [21] Beaudette T., PhD Thesis, Toulouse University, France (2009).
• [22] Caillier B., Beaudette T., Therese L., Belenguer P., and Guillot P., European Journal of Electrical Engineering, 16(2013), 5–6, 565-582
• [23] Ikeda Y., Suzuki K., Fukumoto H., Verboencoeur J. P., Christenson P. J., Bir- sall C. K., et al, “Two-dimensional particle simulation of a sustained discharge in an alternating current plasma display panel”, J. Appl. Phys, 88(2000), 6216
• [24] Y. Fu, P. Zhang, and J. P. Verboncoeur, “Gas breakdown in atmospheric pressure microgaps with a surface protrusion on the cathode,” Appl.Phys. Lett., 112(2018), no. 25, p. 254102,.
• [25] Mesyats G. A., “On the similarity law in picosecond gas discharges,” JETP Lett., 83(2006), no. 1, pp. 19–21. [26] Mesyats G. A., “Similarity laws for pulsed gas discharges,” Phys.-Uspekhi, 49(2006), no. 10, pp. 1045–1065.
• [27] Belasri A., N. Larbi Daho Bachir, Z. Harrache, “Plasma Chemical and Electrical Modeling of a Dielectric Barrier Discharge in Kr–Cl2 Gas Mixtures”, Plasma Chem Plasma Process, 33(2013), 131-146 DOI: 10.1007/s11090-012-9416-6

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).