Широкосмугова електророзрядна лампа на молекулах хлору

Винахід відноситься до фізики тліючого розряду та світлотехніки і може застосовуватися в фотохімії, екології і медицині. Найбільш близькою до запропонованої широкосмугової електророзрядної лампи на молекулах хлору є лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, зарядний опір, джерело живлення і яка випромінює на смузі 258нм Cl2(D'-A'). Ця лампа збуджувалася з допомогою повздовжнього коаксіального тліючого розряду. Віддаль між анодом та катодом в лампі була рівна 35см, а величина зовнішнього діаметру розрядної трубки складала 6см. Середня потужність випромінювання на смузі 258нм досягала 40Вт [1]. Галогенна лампа, які описана в [1], випромінювала лише в вузькому спектральному діапазоні, ширина якого не переважає 10-20нм і який знаходився в межах смуги 258нм молекули хлору і не охоплює діапазон бактерицидного ультрафіолету (де довжина хвилі випромінювання лампи знаходиться в спектральному інтервалі 160-230нм). Розміри цієї лампи є досить значними, що не дозволяє ефективно збирати все ультрафіолетове (УФ) випромінювання. Для багатьох застосувань можливо обмежитися використанням маломірних галогенних ламп з накачуванням тліючим розрядом і потужністю (W) УФ та вакуумно-ультрафіолетового (ВУФ) випромінювання, яка знаходиться в діапазоні 1-10Вт, а спектр випромінювання в яких перекриває і частину ВУФ області довжин хвиль. Завданням винаходу є розширення спектрального діапазону роботи ексимерно-галогенної лампи в область вакуумного ультрафіолету, забезпечення неперервного перекриття спектрального діапазону з 160 до 270нм потужним випромінюванням та мініатюризація активного елемента широкосмугової лампи на електронноколивних переходах молекули хлору. Поставлена задача досягається таким чином, що широкосмугова електророзрядна лампа на молекулах хлору, 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 гелій/хлор при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значеннях парціального тиску хлору Р(Сl2) рівних 0,6-1,0кПа, значенні парціального тиску гелію Р(Не) рівному 0,6-0,7кПа, при цьому, основними робочими хвилями випромінювання лампи є система широких молекулярних смуг, а саме при довжині хвилі 195нм 1 1 молекулярна смуга хлору на переході ( S - П4 ) , максимумі континууму молекули хлору при 200нм і довжині хвилі 258нм молекули хлору Сl2 на (D'-A') переході, які в сукупності перекривають спектральний діапазон 160-270нм, а її максимальна потужність ультрафіолетового та вакуумно-ультрафіолетового випромінювання W величиною 3Вт досягається при значеннях розрядного струму Ich рівних 25-30мА, найвищий коефіцієнт корисної дії η рівний 5%. Перевагами запропонованої широкосмугової електророзрядної лампи на молекулах хлору над прототипом є повне перекриття спектрального діапазону роботи з 160нм до 270нм та зменшення розмірів лампи. Випромінювання широкосмугової галогенної лампи може селективно діяти на хімічно чи біологічно активні середовища, в яких енергія зв'язку молекул знаходиться в діапазоні 4-10кВ. Зокрема, таке джерело короткохвильового випромінювання може бути використано для ліквідації наслідків розпорошення хвороботворних бактерій в повітрі. На фіг.1 представлена конструкція і система живлення широкосмугової електророзрядної лампи на молекулах хлору. Лампа складається з металевих електродів довжиною 15мм - 1, розрядної трубки з внутрішнім діаметром 14мм та міжелектродною віддаллю 150мм - 2 (матеріал діелектрика -кварц). Розряд в лампі запалювався з допомогою високовольтного випрямляча - 3 з напругою U, яка могла змінюватися в діапазоні 110кВ 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 електророзрядна лампа на молекулах хлору працює наступним чином. У вакуумовану до залишкового тиску 10-3Па кварцову трубку напускали робочу газову суміш Не/Сl2. На анод розрядної трубки необхідно подати сталу напругу величиною 5-10кВ в результаті чого в ній запалюється тліючий розряд. В плазмі на основі суміші Не/Сl2 під дією електронів позитивного стовпа тліючого розряду утворюються * * збуджені атоми хлору та іони Сl+, Сl-. В результаті "гарпунної" реакції (типу Cl + Cl 2 ® Cl2 + Cl ) і реакції ** + рекомбінації Cl + Cl + (He) ® Cl 2 + (He) в плазмі утворюються збуджені молекули хлору. ** При спонтанному розпаді цих молекул в плазмі тліючого розряду випромінюються смуги 195нм Cl 2 , максимум континууму молекули хлору при 200нм та смуга 258нм Сl2(D'-A'). В результаті незавершеності коливальної релаксації в межах збуджених станів молекули хлору при низьких тисках робочого середовища смуги випромінювання є значно потовщеними і перекриваються між собою. В результаті цього формується суцільний континуум в спектральному діапазоні 160-270нм. Робочою поверхнею широкосмугової ексимерно-галогенної лампи є бічна поверхня циліндричної форми. Розряд в суміші гелію з хлором існував в формі досить однорідного утворення плазми білого кольору, яке заповнювало весь внутрішній об'єм розрядної трубки лише при тисках робочої суміші P £ 4 кПа і парціальному тиску хлору P(Cl2 ) £ 1,0 кПа. При вищих тисках робочої газової суміші та збільшенні вмісту хлору в ній розряд стискався до центру розрядної трубки в яскравий плазмовий шнур діаметром 1-2мм. Для накачування широкосмугової лампи на молекулах хлору використано сильнострумову стадію повздовжнього тліючого розряду постійного струму. Вольт-амперні характеристики тліючого розряду на суміші Не/Сl2 з складом Р(Не)/Р(Сl2) дорівнює 1330/270 (1), 1330/670 (2), 1330/1330 (3), 4000/200 (4), 6700/200 (5) 20000/200Па 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(Не) в газовій суміші потенціал запалювання тліючого розряду збільшувався з 1,8 до 4,2кВ. Спектр випромінювання широкосмугової електророзрядної лампи на суміші Не/Сl2 наведено на фіг.3. Лампа 1 1 випромінює в спектральному діапазоні 160-270нм на системі широких смуг з максимумами при 195 Cl2 ( S,- П4 ) , ** 200 Cl 2 и 258 Сl2(D'-А')нм. Половина потужності короткохвильового випромінювання плазми зосереджена в діапазоні довжин хвиль менших за 200нм. На фіг.4 наведено залежності випромінювання сумарної яскравості смуг 200 та 195нм (1) і смуги 258нм (2), а також повної яскравості випромінювання плазми тліючого розряду в спектральному діапазоні 160-280нм (30 від величини парціального тиску гелію при Р(Сl2) рівному 0,2кПа (а) і хлору при Р(Не) рівному 1,33кПа (б) (I ch=20мА). Як випливає з фіг.4, оптимальний парціальний тиск хлору знаходиться в діапазоні 0,6-1,0кПа. Для стадії однорідного тліючого розряду оптимальна величина парціального тиску гелію складала 0,6-0,7кПа, а для контрагованого розряду він становив 6,0кПа. Яскравість смуги випромінювання з максимумом при 258 була рівна сумарній яскравості смуг 195 та 200нм в режимі однорідного тліючого розряду, а в контрагованому розряді яскравість смуги 258нм в 2,5 рази переважала яскравість випромінювання більш короткохвильових (195нм, 200нм) смуг випромінювання. Плазма контрагованих розрядів в елекронегативних газових середовищах є іон-іонною, тому в плазмовому шнурі присутні, в основному, додатні та від'ємні іони хлору, рекомбінація яких між собою і приводить до утворення збуджених молекул хлору і випромінювання континуума з максимумами при 258/200/195-160нм. В розряді на суміші гелію з хлором при їх парціальних тисках 1,33/0,53кПа залежність яскравості смуги випромінювання 258нм від величини струму тліючого розряду була лінійно зростаючою, а для смуг 200-195нм вона приходила в насичення при розрядних струмах рівних або більших за 20мА. Максимальна потужність випромінювання з усієї бічної поверхні лампи досягає 3Вт при величині розрядного струму рівному 25-30мА, а максимальний коефіцієнт корисної дії складає 5%. Широкосмугова електророзрядна лампа неперервної дії на молекулах хлору для області довжин хвиль Dl рівної 160-270нм може застосовуватись в хімії високих енергій, екології, медицині та квантовій електроніці. Джерела інформації 1. Панченко А.Н., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Мощные коаксиальные эксилампы со средней мощностью более 100Вт //Письма в ЖТФ. 1995. Т.21. Вып.20. С.77-80.