Лінійно-смугова ексимерно-галогенна лампа

Винахід відноситься до фізики тліючого розряду постійного струму та світлоте хніки і може застосовуватися в мікроелектроніці, хімії високих енергій, квантовій електроніці, екології і медицині. Найбільш близькою до запропонованої лінійно-смугової ексимерно-галогенної лампи є електророзрядна галогенна лампа, що працює на суміші ксенон/пари йоду [1]. Лампа містить систему електродів, розрядну трубку з кварцу, обмежуючий опір, джерело високої напруги. Робочі суміші цієї лампи збуджувалися в повздовжньому тліючому розряді постійного струму при загальному тиску 100-1000Па. Лампа випромінювала переважно на резонансній лінії 206нм атому йоду з потужністю 5-12Вт. Недоліком цієї лампи є відсутність смугового випромінювання ексимерних молекул в спектральному діапазоні 240-310нм, оскільки для ряду застосувань в оптиці, медицині, екології та фо тохімії необхідно мати широкосмугове ультрафіолетове джерело, яке може селективно впливати на різні молекулярні зв'язки біологічно чи хімічно активних сполук, енергія зв'язку у яких знаходиться в діапазоні 4-8 електронвольт. Завданням винаходу є одержання потужного ультрафіолетового випромінювання в широкому спектральному діапазоні роботи ексимерно-галогенної лампи на екологічно безпечних, малоагресивних сумішах газів та збільшення потужності джерела УФ - випромінювання. Поставлена задача досягається таким чином, що лінійно-смугова ексимерно-галогенна лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, обмежуючий опір, джерело високої постійної напруги та робочу газову суміш ксенону і парів йоду, згідно винаходу робоча газова суміш додатково містить пари брому, при цьому плазма на основі робочої газової суміші ксенону і парів брому та йоду випромінює при значеннях парціального тиску парів йоду рівних 20-30Па, значеннях парціального тиску парів брому 130-250Па і значеннях парціального тиску ксенону рівних 400-500Па, при електричній потужності розряду 10-500Вт в широкому спектральному діапазоні 206-320нм на резонансній лінії атому йоду та системі широких молекулярних смуг 253нм XeJ(B-X) і 282нм ХеВr(В-Х), які в сукупності випромінюють потужність 15-20Вт. Перевагами запропонованої лінійно-смугової ексимерно-галогенної лампи на суміші ксенону і парів брому та йоду над прототипом є повне перекриття спектрального діапазону роботи з 206нм до 320нм, використання екологічно безпечного і малоагресивного брому та йоду. Випромінювання цієї лампи на атомах йоду та смугах броміду і йодиду ксенону може селективно діяти на складні молекулярні середовища. Зокрема, таке джерело короткохвильового випромінювання може бути використано для ліквідації наслідків розпорошення хвороботворних бактерій в повітрі та при очищенні поверхні різних предметів. Використання парів йоду в невеликих концентраціях (коли їх тиск не переважає 50Па) сприяє збільшенню ресурсу роботи джерела випромінювання, оскільки при цьому затримується утворення непрозорих для ультрафіолету плівок на внутрішній частині розрядної трубки. На фіг.1 наведена конструкція і система живлення лінійно-смугової ексимерно-галогенної лампи. Лампа складається з металевих електродів - 1 довжиною 15мм, розрядної трубки з кварцу - 2 з внутрішнім діаметром 1,4см та міжелектродною віддаллю 50см. Розряд в лампі запалювався з допомогою високовольтного випрямляча - 3 з напругою, яка могла змінюватися в діапазоні 1-25кВ при струмі розряду меншому або рівному 70мА. Додатна клема джерела живлення через опір - 4, який обмежує величину розрядного струму, підключена до аноду розрядної трубки. Кристалічний йод - 5 розміщувався в спеціальному відростку - 6, який знаходився за анодом. Лінійно - смугова ексимерно-галогенна лампа працює наступним чином. У відкачану до залишкового тиску 10 3 Па розрядну трубку - 2 напускали ксенон та пари брому і йоду до оптимальних парціальних тисків. На анод розрядної трубки необхідно подати постійну напругу величиною 5-15кВ в результаті чого в ній запалюється тліючий розряд. В плазмі на основі суміші ксенону, брому та йоду під дією електронів позитивного стовпа тліючого розряду утворюються збуджені атоми і молекули йоду та молекули XeJ і ХеВr. При спонтанному розпаді цих атомів і молекул випромінюються смуги 253нм XeJ(B-X), 282нм ХеВr, 343нм J2(B-X) та резонансна лінія атому йоду 206нм. В результаті незавершеності коливальної релаксації в межах збуджених станів йодиду ксенону, броміду ксенону та молекул йоду при низьких тисках робочого середовища смуги випромінювання є значно потовщеними і перекриваються між собою. В результаті цього формується суцільний континуум в спектральному діапазоні 206-350нм. Робочою поверхнею лампи є бічна поверхня циліндричної форми. Тліючий розряд в газовій суміші ксенону, брому і йоду характеризувався наявністю слабо та сильнострумової стадій, перехід між якими здійснювався при струмі розряду рівному 1,0-3,0мА. Для накачування лампи використано сильнострумову стадію повздовжнього тліючого розряду. Вольт-амперні характеристики тліючого розряду на суміші ксенону з парами брому йоду при парціальному тиску ксенону рівному 130Па (крива 1) і при Р(Хе) рівному 800Па (при P(J2) рівному 20-30Па) наведені на фіг.2. На ділянці малих розрядних струмів, менших за 20мА, розряд мав вольт-амперні характеристики, які описують піднормальну стадію тліючого розряду. При вищи х розрядних струмах розряд переходив аномальну стадію, для якої характерно збільшення спаду напруги на розрядному проміжкові з ростом струму тліючого розряду. Збільшення тиску робочої суміші приводило до значного зростання потенціалів запалювання і горіння тліючого розряду. Подібні зміни вольт-амперних характеристик тліючого розряду були встановлені також і при збільшенні парціального тиску парів брому при фіксованих значеннях Р(Хе) та P(J2). Спектр випромінювання лінійно-смугової ексимерно-галогенної лампи на суміші ксенону та парів брому і йоду наведено на фіг.3. Лампа випромінює в спектральному діапазоні 206-350нм на резонансній лінії йоду 206нм і системі широких смуг з максимумами при 253, 282 та 343нм. Найбільш яскравою смугою є смуга 282нм ХеВr(В-Х). Оптимальні значення парціального тиску ксенону знаходяться в діапазоні 150-250Па. За рахунок великої ширини молекулярних смуг в спектральному діапазоні 240-345нм зосереджено більше половини потужності ультрафіолетового випромінювання лампи. Залежність середньої потужності випромінювання смуги 282нм ХеВr(В-Х) від потужності, яка вноситься в розряд постійного струму на суміші P(Xe)/P(Br2)/P(J2)=400/1307(20-30) Па наведена на фіг.4. Збільшення електричної потужності розряду приводить до майже лінійного зростання потужності ультрафіолетового випромінювання молекул броміду ксенону. Оптимальний парціальний тиск парів брому для одержання максимальної потужності випромінювання смуги 282нм знаходився в межах 130-250Па. Залежності інтенсивності випромінювання спектральної лінії 206нм J*I від потужності, яка вноситься в розряд на сумішах Xe/Br 2/J2 , також були лінійно зростаючими без ознак насичення. Максимальна потужність випромінювання з усієї бічної поверхні лампи досягає 15-20Вт при величині електричної потужності тліючого розряду 150-350Вт, а максимальний коефіцієнт корисної дії складав 10%. Ресурс роботи лампи в газостатичному режимі складав 300-500 годин. Лінійно-смугова електророзрядна лампа для області довжин хвиль рівної 206-350нм може застосовуватися в мікроелектроніці, фотохімії, біофізиці, екології та медицині. Лампа може знайти також застосування в ультрафіолетових спектрометрах, які використовуються для вимінювання спектрів поглинання плазми та вимірювання концентрації збуджених в метастабільні стани атомів. Джерела інформації: 1. Lomaev M.I., Tarasenko V.F. Xe(He)-J2 glow and capacitive discharge excilamps // International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers IV, Proceeding of SPIE.-2002.-V.4747.-P. 390-398. (Прототип).