Імпульсна бактерицидна лампа

Імпульсна бактерицидна лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, джерело високовольтних імпульсів напруги та робочу газову суміш на основі інертного газу з парами галогену, яка відрізняється тим, що між двома зовнішніми циліндричними електродами утворюється ємнісний розряд, який запалюється в робочій газовій суміші гелій-йод при оптимальному парціальному складі робочого середовища, а саме при значенні парціального тиску гелію, рівному 0,82,0кПа, і парціального тиску парів йоду, рівному 50-60 Па, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є спектральні лінії атома йоду, а саме при довжині хвилі 183 та 206 нм, які потрапляють в основний максимум поглинання біологічноактивних молекул. Винахід відноситься до фізики газорозрядної плазми малої щільності та світлотехніки і може бути використаним в біотехнологіях, дезинфекції та фотомедицині. Відома ексиплексна лампа із збудженням робочої суміші на основі ксенона з парами брому в ємнісному розряді при відношенні парціальних тисків ксенона та парів брому рівному три і загальному тиску 460 Па [1]. Лампа випромінювала переважно на смузі з максимумом 282 нм молекули броміду ксенона. Імпульси випромінювання, при частоті повторення імпульсів збудження 100 кГц, мали тривалість близько 2-3 мкс. Питома потужність випромінювання досягала 4Вт см-3. Проте ця лампа має ряд суттєвих недоліків. Зокрема, короткохвильова границя спектрального діапазону, у якому вона випромінює, не переважала 240 нм, а її робоча суміш на основі ксенона була досить коштовною. Спектр випромінювання лампи не узгоджений з смугами поглинання молекул ДНК, оскільки лише невелика частина смуги 282 нм броміду ксенона потрапляє в другорядний максимум поглинання молекули ДНК. Найбільш близькою до запропонованої відносно технічної сутності є імпульсна бактерицидна лампа, яка містить систему електродів, розрядну трубку, джерело високовольтних імпульсів та робочу газову суміш на основі суміші гелію з парами йоду [2], яка збуджується у ємнісному розряді змінного струму з частотою 10-100кГц. Ця лампа мала циліндричну робочу апертуру і випромінювала лише на спектральній лінії атома йоду 206нм. Оптимальною для роботи лампи була суміш гелійпари йоду при складі відповідно 400-130Па. Недоліком цієї лампи є те, що спектр випромінювання її обмежений з сторони коротких довжин хвиль і не включає випромінювання резонансної спектральної лінії атома йоду 183нм, випромінювання якої ще пропускає атмосфера і кварцова оболонка випромінювача. В цих дослідженнях також не проводилась ретельна оптимізація виходу ультрафіолетового випромінювання від роду і парціального тиску буферного інертного газу. Задачею винаходу є створення газорозрядної лампи на парах йоду із збудженням ємнісним розрядом, ультрафіолетовий спектр випромінювання (19) UA (11) 87070 (13) C2 (21) a200802839 (22) 04.03.2008 (24) 10.06.2009 (46) 10.06.2009, Бюл.№ 11, 2009 р. (72) ШУАІБОВ ОЛЕКСАНДР КАМІЛОВИЧ, МИНЯ ОЛЕКСАНДР ЙОСИПОВИЧ, ГОМОКІ ЗОЛТАН ТИБЕРІЙОВИЧ, ШИМОН ЛЮДВІК ЛЮДВІКОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 59261, 15.08.2003 UA 62723, 15.12.2003 UA 76008, 15.06.2006 UA 77762, 15.01.2007 RU 2151442, 20.06.2000 RU 2154323, 10.08.2000 RU 2089962, 10.09.1997 EP 0049466, 03.06.1987 3 87070 4 1 якої б потрапляв у основну смугу поглинання мо- 10-3 Па кварцову трубку, в якій міститься йод, лекули ДНК, що важливо для розроблення ефекнапускають інертний газ. На один із зовнішніх елетивної бактерицидної лампи. ктродів (2) подають високовольтні імпульси напруПоставлена задача досягається таким чином, ги від джерела (4). Другий електрод (2) заходиться що імпульсна бактерицидна лампа, яка містить при цьому під потенціалом землі. При цьому між систему електродів, розрядну трубку, джерело електродами в середині кварцової трубки запалювисоковольтних імпульсів напруги та робочу газоється ємнісний розряд. Під дією електронів плазми ву суміш на основі інертного газу з парами галогеємнісного розряду в результаті реакції дисоціативну, яка відрізняється тим, що між двома зовнішніного збудження: е+І2®І-+І* утворюються збуджені ми циліндричними електродами утворюється атоми йоду. При спонтанному розпаді цих збуджеємнісний розряд, який запалюється в робочій ганих атомів йоду випромінюються спектральні лінії зовій суміші гелій-йод при оптимальному парціав діапазоні спектру 210-150 нм. льному складі робочого середовища, а саме при Спектр випромінювання імпульсної бактеризначенні парціального тиску гелію рівному 0.8цидної лампи при парціальних тисках гелія і парів 2.0кПа і парціального тиску парів йоду рівному 50йоду рівних відповідно 1300 та 50-60 Па наведено 60Па, при цьому основними робочими хвилями на Фіг.2. Основний внесок в ультрафіолетове і випромінювання лампи є спектральні лінії атома вакуумно-ультрафіолетове випромінювання дають йоду, а саме при довжині хвилі 183 та 206 нм, які спектральні лінії атома йоду 183,0; 184,0; 187,6; та потрапляють в основний максимум поглинання 206,2 нм. Ширина спектральної лінії 206,2 нм на біологічноактивних молекул. піввисоті інтенсивності складала 0,10-0,12 нм і Перевагами запропонованої імпульсної бактепрактично не залежала від тиску та складу робочої рицидної лампи над прототипом є розширення суміші. При заміні гелія на неон, аргон чи криптон спектрального діапазону випромінювання в обспектр випромінювання в діапазоні 180-220 нм не ласть вакуумного ультрафіолету та узгодження змінювався, а змінювалися лише відносні інтенсиспектру випромінювання з основною смугою повності випромінювання спектральних ліній атома глинання молекул ДНК. Робоче середовище ламйоду. При врахуванні відносної спектральної чутпи не містить коштовних інертних газів. Питома ливості монохроматора та фотопомножувача супотужність випромінювання зростає в порівнянні з марна інтенсивність спектральних ліній атома йопрототипом в 3-4 рази. Розроблена лампа предду в діапазоні 180-200 нм була наближено рівна ставляє інтерес для очищення поверхонь предмеінтенсивності спектральної лінії 206,2 нм. тів, інфікованих хвороботворними бактеріями, поНа Фіг.3 та 4 представлені залежності інтенсиверхні води, стерилізації медичних інструментів та вності випромінювання лампи ємнісного розряду очищення повітря від хвороботворних бактерій. від парціального тиску гелія (1), неону (2), аргону На Фіг.1. наведена конструкція і схема жив(3), криптона (4) при фіксованому парціальному лення імпульсної бактерицидної лампи. Лампа тиску парів йоду - (50-60) Па і частоті імпульсів складається з кварцової циліндричної трубки (1), у збудження 100 Гц. Кожна крива на Фіг.3 і 4 реєстякої повна довжина складала 40 см, віддаль між рувалась для ємнісного розряду на свіжоприготоелектродами 6 см, внутрішній діаметр - 1 см, а вленій суміші «інертний газ-пари йоду». Найбільш довжина рівна 20 см та зовнішніх електродів розоптимальним буферним газом у подвійній суміші рядної трубки (2). Кристали йоду високої чистоти був гелій. Оптимальний парціальний тиск гелія були розміщені в частині газорозрядної трубки, що знаходився у діапазоні (0,80-2,0) кПа, а наступного знаходилася за електродами і використовувалась за ефективністю буферного газу - неона - (0,5-1,0) в якості буферного об'єму. Під час експерименту кПа. При збільшенні частоти повторення імпульсів газорозрядна трубка примусово охолоджувалась збудження середня інтенсивність випромінювання струменем повітря від вентилятора. Оцінки темпеспектральних ліній атома йоду в ємнісному розряді ратури робочої частини кварцової трубки показана сумішах «гелій-пари йоду» і «неон-пари йоду» ли, тиск насичених парів йоду при максимальній збільшувалась в 1,5-2,0 рази. Інтенсивність резочастоті повторення імпульсів збудження не перенансної спектральної лінії атома йоду в більшості важає 50-60 Па. Ємнісний розряд (3) запалювався випадків переважала інтенсивність спектральної з допомогою джерела високовольтних імпульсів лінії 206,2 нм. Для ємнісного розряду в гелійвміс(4) на основі наносекундного модулятора з воднених сумішах характер поведінки інтенсивності спевим тиратроном та імпульсного кабельного ктральних ліній 183,0 та 206,2 нм від парціального трансформатора. На виході джерела формувалитиску гелія був подібним, а для неонвмісних сереся високовольтні імпульси амплітудою до 25 кВ довищ він відрізнявся. Так при тисках неону менпри частоті повторення 10-100 Гц. До електродів ших за 600 Па інтенсивність спектральної лінії розряду прикладався цуг затухаючих за амплітуатома йоду 206,2 нм була більшою за інтенсивдою високовольтних імпульсів загальною триваліність лінії 183 нм. Суміші на основі аргону або кристю 400 не. Тривалість півхвилі напруги по основі птону значно поступалися за інтенсивністю випроскладала 30-40 не. Відкачування розрядної трубки мінювання спектральних ліній атома йоду в до залишкового тиску та напускання інертного газу порівнянні з сумішами «гелій-пари йоду» і «неонздійснювалося за допомогою вакуумноїпари йоду». газозмішувальної системи (5), яка складалася з На Фіг.5. представлені осцилограми напруги, форвакуумного насоса, вакуумних кранів та балоструму ємнісного розряду та ультрафіолетового нів з газами. випромінювання плазми на основі суміші «гелійІмпульсна бактерицидна лампа працює наступари йоду». При збудженні розряду цугом коротких пним чином. У відкачану до залишкового тиску 10за тривалістю імпульсів сумарна тривалість ви 5 87070 6 промінювання плазми досягає 400 нс. При узгоДжерела інформації: дженні хвильового опору джерела збудження з 1. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин В.Ф., Тавідповідним опором розрядної трубки тривалість расенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы світлового імпульсу може бути зменшена на поря- эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ док. излучения // Успехи физических наук. 2003. Т.173, Імпульсна бактерицидна лампа для області №2, С.201-217. довжин хвиль 180-210 нм, яка потрапляє в основ2. Lomaev M.I., Tarasenko V. F. Xe(He) - glow ну смугу поглинання молекул ДНК, може застосоand capacitive discharge exilamps // SPIE. 2002. вуватися в якості бактерицидної, а також в медикоV.4747. P.390-398. (прототип). біологічних застосуваннях. 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 87070 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601