Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску
Номер патенту: 24525
Опубліковано: 10.07.2007
Автори: Шуаібов Олександр Камілович, Шимон Людвік Людвікович, Грабова Ірина Аркадіївна
Формула / Реферат
Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску, що містить систему електродів, кварцову розрядну трубку, обмежуючий опір, джерело високої напруги та робочу газову суміш інертного газу з парами галогену, яка відрізняється тим, що робоча газова суміш містить гелій та пари брому, при цьому лампа при тисках компонентів газової суміші, а саме гелію 500-600 Па та парів брому 200-400 Па, і при електричній потужності тліючого розряду 50-60 Вт випромінює в спектральному діапазоні 157-300 нм на резонансних спектральних лініях 157,6 та 163,3 нм атома брому і континууму в спектральному діапазоні 165-300 нм, який формується на основі спектральних смуг молекули брому з максимумами при 170-185 нм на Н-Х переході, 185-210 нм на G-X переході, 207-222 нм іона двохатомної молекули брому на Е-А переході, 156-300 нм і 267-295 нм молекули брому на -Х переході та 280-295 нм молекули брому на D'-А' переході, які в сукупності випромінюють максимальну потужність 5 Вт при найбільшому коефіцієнті корисної дії 12% і ресурсі роботи в газостатичному режимі 500 годин.
Текст
Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску, що містить систему електродів, кварцову розрядну трубку, обмежуючий опір, джерело високої напруги та робочу газову суміш інертного газу з парами галогену, яка відрізняється тим, що робоча газова суміш містить гелій та пари брому, при цьому лампа при тисках компонентів газової суміші, а саме гелію 500-600Па та 3 24525 Задачею корисної моделі є розширення спектрального діапазону ультрафіолетового випромінювання в область більш коротких довжин хвиль, збільшення рівномірності перекриття спектрального діапазону 157-300нм потужним випромінюванням газорозрядної галогенної лампи, робоча суміш якої не містить коштовних інертних газів типу ксенону чи криптону. Поставлена задача досягається таким чином, що короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску, яка містить систему електродів, кварцову розрядну тр убку, обмежуючий опір, джерело високої напруги та суміш гелію і пари брому, відрізняється тим, що робоча газова суміш гелію при тисках (500-600)Па, парів брому при тисках (200-400)Па і при електричній потужності тліючого розряду 50-60Вт випромінює в спектральному діапазоні 157-300нм на резонансних спектральних лініях 157,6 та 163,3нм атома брому і континууму в спектральному діапазоні 165-300нм, який формується на основі спектральних смуг молекули брому з максимумами при 170-185нм на Н-Х переході, 185-210нм на G-X переході, 207-222нм іона двохатомної молекули брому на Е-Х переході 156300нм та 267-295мм молекули брому на S-Х переході та 210-295нм молекули брому на D'-A' переході які в сукупності випромінюють максимальну потужність 5Вт при найбільшому коефіцієнті корисної дії 12% і ресурсі роботи в газостатистичному режимі 500 годин. Перевагами запропонованої короткохвильової газорозрядної галогенної лампи низького тиску над прототипом є те, що крім випромінювання спектральних ліній атома галогену (йоду), при використанні парів брому, як робочої речовини в лампі, змішується в область більш: коротких довжин хвиль – 157-163нм. За рахунок перекриття спектральних смуг молекули брому та її іону було досягнуто рівномірне перекриття випромінюванням спектрального діапазону 167-300нм, який повністю потрапляє в континуум поглинання молекул ДНК, що важливо при використанні цих джерел в якості бактерицидних. Це стало можливим за рахунок використання молекул брому як малоагресивної робочої речовини в лампі. При використанні простої робочої суміші гелію і парів брому можлива довга і стабільна робота лампи в режимі повільної заміни робочої суміші, оскільки остання не містить коштовних газів. Широкосмугове ультрафіолетове та вакуумноультрафіолетове випромінювання, а також лінійчасте випромінювання атомів брому в спектральному діапазоні 157-165нм є перспективним для використання в спектроскопії поглинання. Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску також може ефективно використовуватися і як джерело бактерицидного випромінювання, оскільки основні частини її спектру випромінювання потрапляють в максимуми спектру поглинання молекул ДНК [3], що важливо дія застосування лампи в фотобіології та фотомедицині. На Фіг.1 наведена будова і схема живлення короткохвильової газорозрядної галогенної лампи низького тішу. Лампа складається із металевих електродів циліндричної форми довжиною 15мм 4 1, кварцової розрядної трубки з внутрішнім діаметром 14мм - 2, Міжелектродна віддаль в лампі складає 100мм. Для: запалювання тліючого розраду використано високовольтний випрямляч - 3. Напруга на виході випрямляча регулювалася в межах 1-25кВ, а розрядний струм у лампі змінювався в діапазоні 1-100мА. Додатна клема джерела, живлення через баластний опір - 4 була сполучена з анодом кварцової розрядної трубки. Пари брому та гелій надходили і розрядну трубку із вакуумної газозмішувальної системи, яка дозволяла готувати робочі газові суміші різного тиску і складу. Перед заправленням робочою сумішшю кварцова трубка відкачувалася до залишкового тиску 5-7Па і неодноразово промивалась гелієм високої чистоти. Трубка також знегажувалась і пасивувалась в суміші парів брому з гелієм шляхом запалювання тліючого розряду при максимальному розрядному струмі. Розрядна трубка вважалася готовою до проведення оптимізації вихідних характеристик лампи коли в спектрах випромінювання розрядної плазми було повністю відсутнє випромінювання смуг др угої позитивної системи молекули азоту. Методика і техніка вимірювання вихідних характеристик лампи приведена в праці [4]. Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску працює наступним чином. У розрядну трубку, яка була попередньо відкачана до залишкового тиску 5Па і пасивована в парах брому, необхідно напустити суміш парів брому та гелію при наступному співвідношенні їх парціальних тисків (500-600) та (200-400)Па. На анод розрядної трубки необхідно подали постійну напругу величиною 1-1,5кВ внаслідок чого в ній запалиться повздовжній тліючий розряд. В розрядній плазмі на основі суміші гелію з парами брому під дією електронів позитивного стовпа тліючого розряду утворюються збуджені атоми брому, збуджені молекули брому та молекулярного іона брому. При спонтанному розпаді цих. збуджених молекул і атомів брому випромінюються спектральні лінії 157,6нм і 163,3нм атома брому та короткохвильовий континуум в спектральному діапазоні 158-300нм, який формується на основі широких молекулярних смуг дво хатомних молекул брому і його іону. Основними складовими цього континууму є; спектральні смуги молекули брому з максимумами при 170-185нм на Н-Х переході, 1,85210нм на G-X перехода, 207-222нм іона двохатомної молекули брому на Е-А переході, 156-300нм та 267-295нм молекули брому на S-Х переході, та 280-295нм молекули брому на D’-А' переході. Розподіл плазми всередині розрядної трубки при різному парціальному тиску парів брому у суміші гелію з бромом було наступним: при парціальному тиску парів брому меншому за 100Па діаметр плазмового стовпа знаходиться у межах 1012мм, при тисках парів брому в діапазоні 200600Па діаметр розряду зменшується до 2мм. При збільшенні середнього струму тліючого розряду від 2 до 60мА при парціальному тиску парів брому в межах 200-600Па діаметр плазми збільшувався від 2 до 12мм. Збільшення парціального тиску гелію (при величині парціального тиску парів брому 5 24525 в діапазоні 200-600Па) від 100 до 1000Па приводило до зменшення діаметру розрядної плазми з 12 до 3мм. Вольт-амперні характеристики тліючого розряду в суміші гелію з парами брому при складах: 530-80 (1), 530-240 (2) і 530-400 (3) Па наведені на Фіг.2. Піднормальна стадія тліючого розряду, яка переходить у нормальну при середньому струмі більшому за 10-20мА, спостерігалась лише при відносно високому парціальному тиску парів брому в лампі (вищому за 200Па) (криві 2, 3 на Фіг.2). При меншому парціальному тиску парів брому, який знаходився у межах, 50-100Па розряд горів в аномальному режимі, при якому з збільшенням середнього струму зростає спад напруги на розрядному проміжку. При збільшенні парціального тиску парів брому від 80 до 400Па потенціал запалювання повздовжнього тліючого розряду збільшувався від 850 до 1300В, а напруга, стійкого горіння (при розрядних струмах 40-60мА) теж збільшувалась від 900 до 1100В. Електрична потужність тліючого розряду знаходиться в діапазоні 5-70Вт. При збільшенні розрядного струму та парціального тиску парів брому потужність, яка вносилась в плазму, зростала. На Фіг.3 і Фіг.4 наведено типові спектри випромінювання лампи, яка працювала на робочих, сумішах гелію з. парами брому з складом відповідно 530-80 і 530-400Па і середнім струмом розряду 30мА. Спектри нормовані за величиною відносної спектральної чутливості вакуумного спектрометра, який складався з півметрового вакуумного монохроматора, фотопомножувача ФЭУ142 та аналогової системи реєстрації. При малих парціальних тисках парів брому основними в спектрі випромінювання лампи були спектральні лінії атома брому 163,3 та 157нм. При збільшенні парціального тиску парів брому вище за 100-150Па, інтенсивність випромінювання спектральних ліній атома брому зменшувалася практично до нуля, а у самому спектрі формується континуум з досить різкими границями при 165 і 290нм. Цей континуум утворюється на основі смуг молекул брому з максимумами при 170-185нм на Н-Х переході, 185-210нм на G-X переході, 207222нм іона двохатомної молекули брому на Е-А переході, 156-300нм та 267-295нм молекули брому на S-Х переході та 280-295нм молекули брому на D'-A' переході. Смуги випромінювання молекули брому та її однозарядного іоні значно уширені при малій щільності розрядної плазми, що сприяє формуванню єдиного континууму в короткохвильовій області спектру. На Фіг.5 наведені, для порівняння, залежності інтенсивності випромінювання спектральної лінії атома брому 163,3нм від величині електричної потужності тліючого розряду в суміші гелій-бром з складом 530-80Па (1) ї в чистих парах брому при їх. тиску 80Па (2). На слабострумовій стадії тліючого розраду більш ефективною с лампа на чистих парах брому. При переході тліючого розряду у сильнострумову стадію, коли в плазму вноситься потужність на рівні 40-50Вт, ефективність випромінювання лампи, яка працює на суміші гелію з бромом, вища ніж лампі на чистих парах брому. 6 При більших парціальних тисках парів брому, лампа випромінює континуум у спектральному діапазоні 157-300нм. Для цього випадку на Фіг.6, наведені залежності інтенсивності смуг випромінювання молекули брому 289 (1) та 220нм (2) від потужності, яка вноситься в плазму тліючого розряду на суміші гелій-бром з парціальним складом 530-400Па. Ці інтенсивності, які фактично є інтенсивністю короткохвильового континууму практично лінійно залежать від потужності, що вноситься в розряд лампи. При тисках парів брому в лампі 100-400Па і середніх стр умах в межах 10-50мА спостерігалися коливання розрядного струму і випромінювання лампи. Вимірювання нестаціонарних характеристик провадилося з використанням осцилографа С1-99. Нестаціонарне випромінювання розряду у спектральному діапазоні 230-400нм реєструвалося з допомогою фотопомножувача "Фотон" через оптичний фільтр (УФС-5), який не пропускав випромінювання інфрачервоного і видимого діапазонів спектру. Осцилограми розрядного струму і сумарної інтенсивності випромінювання плазми на суміші гелій-бром з складом 530-400Па при середньому струмі 50мА приведені на Фіг.7. Частота осциляцій збільшувалась при збільшенні розрядного струму і зменшенні парціального тиску в суміші. При зменшенні вмісту брому в суміші збільшується постійна складова струму та інтенсивності випромінювання тліючого розряду. Основною причиною переходу тліючого розряду постійного струму в імпульсно-періодичний самоініційований режим є перерозподіл напруженості електричного поля за довжиною розрядної трубки. В цьому випадку механізм розвитку нестійкості подібний до механізму формування імпульсів Трічела у коронному розряді [5]. У короткому тліючому розряді, міжелектродна віддаль у якому складала 2-4см, такий режим роботи лампи детально досліджувався нами на прикладі робочих середовищ на основі молекул хлору, хлорвмісних молекул (фреон-12) та елегазу [6-8]. Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску, випромінює в спектральному діапазоні 157-300нм, представляє інтерес для застосування в якості бактерицидної, а також може використовува тися в фотохімії, мікроелектроніці, медицині і екології. Джерела інформації: 1. Tarasenko V.F., Panchenko А.N, Skakun. V.S., Sosnin Е.A., Wang F.T., Myers B.R., АЗатвап M.G. Powerful glow discharge excilamp // Patent USA. №6376972 B1. 2. Lomaev M.I., Tarasenko V.F. Xe(He)-J2 glow and capachive discharge excilamps // Inttanational Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers IV, Proceeding of SPIE. 2002. Vol.4747. P.390-398. (Прототип) 3. Von. C, Sonntag // "Disinfection wich. UV radiation", in Process Technologies for Water Treatment, S. Stacki, Ed, New. York.: Plenum Press, 1987. 4. Шуаибов А.К., Шимон Л.Л., Дащенко A.И., Шевера И.В, Эксимерный излучатель низкого давления для спектральной области 170-310нм // 7 24525 Приборы и техника экспертмента. 2002. №1. С.1-4106. 5. Peres I. ап4 Pichfbfd L.C. Current pulses in dc glov discharges in elektronegative gas mixtures // Journal. Appl. Phys. 1995. V.78. №2. P.774-782. 6. Шуаибов А.К., Да щенко А.И., Шевера И.В. Самоинициирующийся импульсно-периодический излучатель на молекулах хлора и хлорида криптона // Приборы и техника эксперимента. 2003. №2. С.78-82. Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 8 7. Шуаибов А.К., Шевера И.В., Дащенко А.И. Оптические характеристики импульснопериодического разряда низкого давления на смеси криптона и фреона-12 // Оптика и спектроскопия. 2003. Т.95. №3. С.360-363. 8. Шуаибов А.К., Да щенко А.И., Шевера И.В. Характеристики самоинициирующегося импульсно-периодического разряда в смеси криптон/элегаз // Приборы и техника эксперимента. 2003. №2. С.78-82. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюShort-wave low-pressure gas-discharge halogen lamp
Автори англійськоюShuaibov Oleksandr Kamilovych, Shymon Liudvik Liudvikovych, Hrabova Iryna Arkadiivna
Назва патенту російськоюКоротковолновая газоразрядная галогенная лампа низкого давления
Автори російськоюШуаибов Александр Камилович, Шимон Людвик Людвикович, Грабова Ирина Аркадиевна
МПК / Мітки
МПК: H01S 3/097
Мітки: галогенна, лампа, низького, тиску, короткохвильова, газорозрядна
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-24525-korotkokhvilova-gazorozryadna-galogenna-lampa-nizkogo-tisku.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску</a>
Попередній патент: Комбінований пристрій по обмеженню параметрів електромагнітних і ємнісних процесів у електричних мережах
Наступний патент: Цанговий токарський патрон
Випадковий патент: Спосіб утилізації порохів