Широкосмугова ексимерно-галогенна лампа

Широкосмугова ексимерно-галогенна лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, зарядний опір, джерело високої постійної напруги та робочу газову суміш, яка відрізняється тим, що працює на робочій газовій суміші аргон/криптон/ксенон/хлор при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значеннях парціального тиску хлору Р(СЬ), що дорівнюють 0,15-0,30 кПа, значеннях парціального тиску аргону Р(Аг), що дорівнюють 1,3 кПа, значеннях парціальних тисків криптону і ксенону, що дорівнюють 0,2-0,3 кПа, при цьому основними ро бочими хвилями випромінювання лампи є система широких молекулярних смуг, а саме при довжині хвилі 175 нм молекулярна смуга хлориду аргону АгСІ на (В-Х) переході, довжині хвилі 199 нм молекулярна смуга хлориду криптону КгСІ на (D-X) переході, довжині хвилі 222 нм - хлориду криптону КгСІ на (В-Х) переході, довжині хвилі 236 нм молекулярна смуга хлориду ксенону ХеСІ на (D-X) переході, довжині хвилі 258 нм - молекули хлору CCh на (D'-A1) переході і на довжині хвилі 308 нм - хлориду ксенону ХеСІ на (В-Х) переході, які в сукупності перекривають спектральний діапазон 1790320 нм, а її максимальна потужність ультрафіолетового та вакуумно-ультрафіолетового випромінювання W величиною 5-10 Вт досягається при значеннях розрядного струму lCh, що дорівнюють 25-30 мА, найвищий коефіцієнт корисної дії г і , що дорівнює 25 %, одержується при значеннях струму тліючого розряду lCh, що дорівнюють 3-5 мА Винахід відноситься до фізики низькотемпературної плазми та світлотехніки і може застосовуватися в фотохімії, екологи, бютехнолопях і медицині Відома ексимерна лампа, яка випромінює в імпульсному режимі на молекулярних смугах 308нм ХеСІ, 222нм КгСІ, 146нм Кг2* і 126нм Аг2* при збудженні газових сумішей в імпульсному повздовжньому або бар'єрному розряді [1] Для одержання короткохвильового випромінювання на одній ексимерній смузі ширина, якої не переважає 5нм, необхідно кожний раз готувати іншу робочу суміш Запалювання тліючого розряду в лампі здійснювалося при допомозі імпульсного джерела живлення з обмеженим ресурсом роботи комутатора - газового розрядника високого тиску Найбільш близьким до запропонованої широкосмугової ексимерно-галогенної лампи є лампа на смугах 308нм ХеСІ і 222нм КгСІ, що збуджувалася з допомогою тліючого розряду постійного струму При віддалі між анодом та катодом рівній 17см та внутрішньому діаметрові розрядної трубки рівному 1,5-3,0см була досягнута середня потужність випромінювання 10-20Вт з коефіцієнтом корисної дії (ККД)5-10% [2] Лампи, які описані в праці [2], випромінюють лише в вузькому спектральному діапазоні, ширина якого не переважає 5нм і який знаходиться в межах В-Х смуг молекул КгСІ, ХеСІ і не охоплює діапазон вакуумного ультрафіолету (де довжина хвилі випромінювання лампи менша за 190нм) Розміри таких ламп є досить значними Для багатьох застосувань можливо обмежитися використанням маломірних ексимерно-галогенних електророзрядних ламп з потужністю W ультрафіолетового (УФ) та вакуумноультрафіолетового (ВУФ) випромінювання, яка знаходиться в діапазоні 1 -1 ОВт, а спектр випромінювання в яких неперервно перекриває діапазон 170-320нм Задачею винаходу є розширення спектрального діапазону роботи ексимерно-галогенної лампи в область вакуумного ультрафіолету, забезпечення (О ю 59261 неперервного перекриття спектрального діапазону з 170 до 320нм потужним випромінюванням та мініатюризація активного елемента широкосмугової лампи, яка випромінює в неперервному режимі Поставлена задача досягається таким чином, що широкосмугова ексимерно-галогенна лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, зарядний опір, джерело високої постійної напруги та робочу газову суміш згідно винаходу відрізняється тим, що працює на робочій газовій суміші аргон/криптон/ксенон/хлор при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значеннях парціального тиску хлору Р(СЬ) рівних 0,15-0,30кПа, значенні парціального тиску аргону Р(Аг) рівному 1,ЗкПа, значеннях парціальних тисків криптону і ксенону рівних 0,2-0,ЗкПа, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є система широких молекулярних смуг, а саме при довжині хвилі 175нм молекулярна смуга хлориду аргону АгСІ на (В-Х) переході, довжині хвилі 199нм молекулярна смуга хлориду криптону КгСІ на (D-X) переході, довжині хвилі 222нм хлориду криптону КгСІ на (В-Х) переході, довжині хвилі 236нм молекулярна смуга хлориду ксенону ХеСІ на (D-X) переході, довжині хвилі 258нм молекули хлору СЬ на (D'-A1) переході і на довжині хвилі 308нм хлориду ксенону ХеСІ на (В-Х) переході, які в сукупності перекривають спектральний діапазон 170-320нм, а и максимальна потужність ультрафіолетового та вакуумно-ультрафіолетового випромінювання W величиною 5-1 ОВт досягається при значеннях розрядного струму lCh рівних 25ЗОмА, а найвищий коефіцієнт корисної дії г\ рівний 25% одержується при значеннях струму тліючого розряду Ich рівних 3-5мА Перевагами запропонованої широкосмугової ексимерно-галогенної лампи над прототипом є повне перекриття спектрального діапазону роботи з 170нм до 320нм та зменшення розмірів лампи Випромінювання широкосмугової ел є ктро роз рядної лампи на хлоридах важких інертних газів і молекулах хлору може селективно діяти на ХІМІЧНО ЧИ біологічно активні середовища, в яких енергія зв'язку молекул знаходиться в діапазоні 4-10еВ Зокрема, таке джерело короткохвильового випромінювання може бути використано для ліквідації наслідків розпорошення хвороботворних бактерій в повітрі та при інфікуванні поверхні різних предметів, в тому числі і поверхні води На фіг 1 представлена конструкція і система живлення широкосмугової ексимерно-галогенної лампи Лампа складається з металевих (нержавіюча сталь або нікель) електродів довжиною 15мм - 1, розрядної трубки з внутрішнім діаметром 14мм та міжелектродною віддаллю 150мм - 2 (матеріал діелектрика - кварц або сапфір) Розряд в лампі запалювався з допомогою високовольтного випрямляча - 3 з напругою U, яка могла змінюватися в діапазоні 1-1 ОкВ при струмі розряду Ich меншому або рівному 50мА Додатна клема джерела живлення через опір, який обмежує величину розрядного струму - 4, підключена до аноду розрядної трубки Широкосмугова ексимерно-галогенна лампа працює наступним чином У відкачану до залишко 4 вого тиску 10 3 Па трубку напускали робочу газову суміш Аг/Кг/Хе/СЬ На анод розрядної трубки необхідно подати постійну напругу величиною 5-1 ОкВ в результаті чого в ній запалюється тліючий розряд В плазмі на основі суміші Аг/Кг/Хе/СІ2 під дією електронів позитивного стовпа тліючого розряду утворюються збуджені атоми Аг, Кг, Хе і молекули хлору та іони Аг+, Кг+, Хе+, СІ+, СІ В результаті "гарпунної" реакції (типу Хе*+СІ 2 -» ХеСІ*+СІ або СІ * +СІ2 -> СІ2 * +СІ) в плазмі формуються хлориди аргону, криптону і ксенону, а також збуджені молекули хлору При спонтанному розпаді цих молекул випромінються смуги 175нм АгСІ, 199нм KrCI(D-X), 222нм КгСІ(В-Х), 236нм XeCI(D-X), 258нм CI2(D'-A'), 308нм ХеСІ(В-Х) В результаті незавершеності коливальної релаксації в межах збуджених станів хлоридів важких інертних газів та молекул хлору при низьких тисках робочого середовища смуги випромінювання є значно потовщеними і перекриваються між собою В результаті цього формується суцільний континуум в спектральному діапазоні 170-320нм Робочою поверхнею широкосмугової ексимерно-галогенної лампи є бічна поверхня циліндричної форми Тліючий розряд в газовій суміші Аг/Кг/Хе/СЬ характеризувався наявністю слабо- та сильнострумової стадій, перехід між якими здійснювався при Ich рівному 1,0-2,0мА Для накачування лампи використано сильнострумову стадію тліючого розряду Вольт-амперні характеристики тліючого розряду на суміші Аг/Кг/Хе/СЬ з складом Р(Аг)/0 24/0 24/0 16кПа при різних парціальних тисках аргону наведені на фіг 2 На ДІЛЯНЦІ, де розрядний струм рівний 1-7мА спостерігалася піднормальна стадія розряду, а при вищих струмах - нормальна При збільшенні величини Р(Аг) в чотирніи суміші потенціал запалювання тліючого розряду збільшувався з 2,5 до 4,ОкВ Потужність, яка вноситься в плазму, при цьому, збільшувалась з 15 до 21 Вт Спектр випромінювання широкосмугової ексимерно-галогенної лампи на суміші Аг/Кг/Хе/СЬ наведено на фіг 3 Лампа випромінює в спектральному діапазоні 170-320нм на системі широких смуг з максимумами при 175, 199, 222, 236, 258 та 308нм Оптимальні значення парціального тиску хлору знаходяться в діапазоні 015-ОЗОкПа Залежність яскравості випромінювання лампи на чотирніи суміші з складом Р(Аг)/0,24/0,24/0,16кПа в спектральному діапазоні 170-320нм від величини парціального тиску аргону наведена на фіг 4 Для отримання максимальної потужності випромінювання парціальний тиск аргону повинен складати 1,ЗкПа, а парціальний тиск криптону і ксенону повинен знаходитися в діапазоні 0,2О.ЗкПа Найвищий ККД лампи був отриманий в піднормальному режимі роботи при U рівному 25мА Максимальна потужність випромінювання з усієї бічної поверхні лампи досягає 6-1 ОВт при величині розрядного струму рівному 25-30мА, а максимальний коефіцієнт корисної дії складає 25% Широкосмугова ексимерно-галогенна лампа неперервної дії для області довжин хвиль дя, рів 59261 ным разрядом //Журн техн физ 1994 Т 64 Вып ноі 170-320нм може застосовуватись в хімії висо10 С 146-150 ких енергій, біофізиці, екологи, медицині та квантовій електроніці 2 Головицкий А П , Кан С Н Характеристики ультрафиолетового эксимерного излучения неДжерела інформації прерывного тлеющего разряда низкого давления 1 Скакун В С , Тарасенко В Ф , Фомин Е А , //Оптика и спектроскопия 1993 Т 75 Вып 3 Кузнецов А А Ультрафиолетовые и вакуумноС 604-609 (прототип) ультрафиолетовые эксилампы с накачкой барьер ФІГ.1 59261 Комп'ютерна верстка М Мацело Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна