Ексимерно-галогенна лампа з накачуванням вольєрним розрядом

Ексимерно-галогенна лампа з накачуванням вольєрним розрядом, що містить чотири стержневі аноди і чотири стержневі катоди, розрядну камеру, баластний опір і джерело сталої напруги та робочі газові суміші, яка відрізняється тим, що робочими газовими сумішами є гелій/хлор та криптон/хлор при оптимальних тисках і складі ВІДПОВІДНОГО газового середовища, а саме при значенні парціального тиску для гелію 1200-1500 Па та парціального тиску для хлору 300-400 Па і парціальному тиску для криптону при 500-700 Па, а також парціальному тиску для хлору при 200-270 Па, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є суперпозиція потовщених молекулярних смуг, а саме на довжині хвилі 200 нм молекулярної смуги СЬ на (1^г -п 4 ) Винахід відноситься до фізики і техніки електричних розрядів світлотехніки, він може використовуватись в наукових експериментах та ряд технологічних процесів у хімії та біологи Відома ексимерна лампа неперервної дії, яка випромінює на В-Х смугах КгС (222нм) і ХеСІ (308нм) з накачуванням робочих сумішей в позитивному стовпі коаксіального тліючого розряду з повздовжньою геометрією [1] Але одержання тліючого розряду на сумішах криптону і ксенону з молекулами хлориду водню та хлору відбувалось з використанням джерела високої сталої напруги, що є більшою за 5 - 7кВ Газове середовище і корпус лампи, при цьому, сильно нагрівались в процесі роботи лампи вже при середніх струмах більших за 40 - 50м А, що робило необхідним застосування примусового водяного охолодження тродів, а її інтенсивність випромінювання на порядок вища інтенсивності випромінювання плазми позитивного стовпа Випромінювання плазми в видимій і близькій ультрафіолетовій ділянках спектру належало спектральним ЛІНІЯМ атомів інертних газів та смугам молекул азоту Аналіз експериментальних характеристик вольерного розряду виявив ефективне перетворення електричної потужності розряду в світло У вольерному розряді стержневі електроди залишались холодними, оскільки енергія, яка витрачається на формування потоку швидких нейтральних часток на 30% менша ніж для ВІДПОВІДНОГО тліючого розряду, і вони не потребували примусового охолодження до величини розрядного струму, який не перевищував 1А Величина наруги на електродах вольерного розряду не переважала 1000В Основним недоліком джерела випромінювання на основі вольерного розряду є низька яскравість випромінювання в ультрафіолетовій ДІЛЯНЦІ спектру зумовлена відсутністю в складі його робочих сумішей молекул галогенів і ВІДПОВІДНО, неможливістю утворення в плазмі ексимерних молекул Задачею винаходу є розробка ексимерногалогенної лампи низького тиску з накачуванням в плазмі протяжного катодного свічення, яка формується в вольерному розряді Поставлена задача досягається таким чином, Найбільш близькою до запропонованої ексимерно-галогенної лампи є джерело випромінювання на основі вольерного розряду, яке працює на чистих інертних газах (Не, Ne і Аг) та азоті при тисках, що знаходяться в межах 1 - ЮООПа [2] У цьому відомому джерелі випромінювання сформовано протяжну плазму від'ємного катодного свічення в великому об'ємі (який по величині порівняний з об'ємом позитивного стовпа тліючого розряду) Плазма вольерного розряду однорідна і локалізована в центральній частині системи елек переході, а також смуга молекули СЬ на переході (D'-A1) з довжиною хвилі 257 нм, а її максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання в куті рівному 4 я з одного катодного стержня складає 3 Вт в вольерному розряді для суміші криптону з хлором і 1 Вт для суміші гелію з хлором при коефіцієнтах корисної дії рівних ВІДПОВІДНО 10% та 4% о ю СО ю 53509 що ексимерно-галогенна лампа з накачуванням вольєрним розрядом, яка містить чотири стержневі аноди і чотири стержневі катоди, розрядну камеру, баластний опір і джерело сталої напруги та робочі газові суміші, яка згідно винаходу, відрізняється тим, що робочими газовими сумішами є гелій/хлор та криптон/хлор при оптимальних тисках і складі ВІДПОВІДНОГО газового середовища, а саме при значенні парціального тиску для гелію 1200 1500Па та парціального тиску хлору 300 - 400Па і парціальному тиску криптону при 500 - 700Па, а також парціальному тиску хлору при 200 - 270Па, при цьому основними робочими хвилями випромінювання лампи є суперпозиція потовщених молекулярних смуг на довжині хвилі 200нм молекулярної смуги СЬ на (1Е - ГЦ) переході, а також смуга молекули СІ на переході (D'-A1) з довжиною хвилі 257нм, а и максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання в куті рівному 4ті зодного катодного стержня складає ЗВт в вольерному розряді на суміші криптону з хлором і 1Вт для суміші гелію з хлором при коефіцієнтах корисної дії рівних ВІДПОВІДНО 10% та 4% Перевагами запропонованої ексимерногалогенної лампи низького тиску над прототипом є розширення спектрального діапазону роботи до 180нм, збільшення потужності і ККД випромінювання за рахунок використання як робочих ексимерних молекул так і збуджених молекул хлору За рахунок локалізації плазми від'ємного катодного свічення лише навколо катодних стержнів центральна зона вольерного розряду може бути використана для установки зразків, на які необхідно діяти ультрафіолетовим випромінюванням, а саме активних елементів (твердих, рідких і газоподібних) лазерів або квантових підсилювачів з неперервним оптичним накачуванням, потоків питної води для очистки від бактерій та канцерогенних речовин, потоків кисню для фотолізу з нього озону, тощо Схема джерела випромінювання на основі вольерного розряду наведена на фіг1, де варіант лампи для опромінювання зовнішнього простору системи електродів (а), варіант лампи для опромінювання внутрішньої частини системи електродів (б), катодні стержні (1), анодні стержні (2), плазма (3), баластний опір (4), джерело сталої напруги (5), кварцова оболонка лампи (6) дзеркала, які відбивають ультрафіолетове випромінювання плазми (7, 7і) Електроди розряду складались з чотирьох катодних та чотирьох анодних стержнів Плазма від'ємного катодного свічення має форму циліндрів, в центрі яких знаходяться катодні стержні Довжина робочої частини електродів із нержавіючої сталі складає 156мм, а їх діаметр рівний Змм Електроди рівномірно встановлені по поверхні циліндру діаметром 30мм Баластний опір 1кОм служив для обмеження розрядного струму в колі і для подачі сталої напруги додатної полярності від джерела сталої напруги, а всі катоди були заземлені Система електродів встановлювалась в циліндричній розрядній камері з кварцу об'ємом 3 літри Випромінювання плазми катодних стержнів може бути використано як у внутрішній частині системи електродів, так і и ЗОВНІШНІЙ частині При зовнішньому використанні випромінювання (фіг 1 а) у внутрішній частині системи електродів установлюється циліндричне дзеркало з коефіцієнтом відбивання ультрафіолетового випромінювання рівним 0,95 Для фокусування всього ультрафіолетового випромінювання в центральну частину системи електродів (фіг 1 б) ультрафіолетове покриття з коефіцієнтом відбивання рівним 0,95 встановлено на внутрішній поверхні циліндричної розрядної труби Ексимерно-галогенна лампа працює так у попередньо відкачану до залишкового тиску повітря 10 2 - 10 3Па розрядну камеру з системою електродів напускали газові суміші гелію з хлором і криптону з хлором На аноди системи електродів необхідно подати сталу напругу додатної полярності (UCh), величина якої менша за 1000В, в результаті чого навколо катодних стержнів (рівномірно по всій їх довжині) запалюється розряд циліндричної форми білого кольору Діаметр плазми складав 5 10мм При збільшенні тиску газових сумішей діаметр плазма вольерного розряду зменшувався з 10 до 5мм Спільне катодне свічення в центр системи електродів не формувалось Молекули (КгСГ) утворюються в плазмі за рахунок рекомбінації ІОНІВ інертного газу (Кг+) та ІОНІВ СІ І "гарпунної реакції" (Кг* + СЬ -> КгСІ(В) + СІ), а потім спонтанно розпадаються з випромінюванням смуги 222нм КгСІ(В-Х) В плазмі на основі чистого хлору відбувається рекомбінація ІОНІВ СІ І СҐ З утворенням молекул CbfD1) та СЬ**, які розпадаються з випромінюванням смуг з довжинами хвиль X рівними 257 і200нм Вольт-амперні характеристики (ВАХ) вольерного розряду в сумішах Не/СЬ з складом 670/1 ЗОПа (1) і Кг/СІ2 з складом 270/1 ЗОПа (2) наведені на фіг 2 В значній мірі форма ВАХ була типовою для аномального тліючого розряду, коли при збільшенні напруги на електродах (UCh) зростає і струм розряду (lCh) У вольерному розряді на суміші криптону з хлором спостерігався також піднормальний (при lCh < 80мА) і нормальний (U - 8 160мА) режим горіння Для струмів lCh < ЗООмА величина спаду напруги на електродах не переважала 500В Потужність, яка вноситься в плазму вольерного розряду ЛІНІЙНО зростала з збільшенням розрядного струму і досягала 100 - 125Вт Пороговий струм запалювання вольерного розряду на суміші криптону з хлором, є на порядок вищим від порогових струмів вольерного розряду в чистому гелію чи неоні (Ich - 4 - 8мА) [2] Система електродів при розрядних струмах < ЗООмА сильно не нагрівається, оскільки енергія, яка втрачається на формування швидких нейтральних частинок у вольерному розряді значно нижча в порівнянні з тліючим розрядом [2] Внаслідок цього, до струмів розряду менших за ЗООмА, робоча суміш не потребує примусового водяного охолодження Спектри випромінювання плазми вольерного розряду на сумішах Не з СЬ з складом компонент 1000/260Па (а) та Кг і СЬ з складом компонент 500/260Па (б) (фіг 3) включали широкі смуги з максимумами при довжинах хвиль рівних 195нм СЬ(1£ - 1П4), 200нм СІ2**, 222нм КгСІ(В-Х) і 258нм CI2(D'А') Внаслідок незавершеності процесів коливальної релаксації при низьких тисках робочого сере 53509 довища смуги випромінювання молекул хлору і КгСІ об'єднувались в один континуум з межами 170 - 260нм В розряді на суміші Не з СЬ при понижених парціальних тисках гелію в спектрах переважали смуги молекули хлору в ВУФ області довжин хвиль, як і для плазми поперечного об'ємного розряду Залежності яскравості випромінювання плазми вольерного розряду в суміші Кг/СЬ від величини парціального тиску Кг при Р(СЬ) дорівнює 130Па та Ich дорівнює 200мА смуга 200нм (1), 222нм (2) і сумарної яскравості в діапазон] 164 - 267нм наведені на фіг 4 Збільшення яскравості смуги випромінювання 257нм при зростанні тиску суміші Не з хлором пов'язано з синглет-триплетною релаксацією високо збуджених молекул хлору в низько розташований D' стан Збільшення парціального тиску криптону у вольерному розряді на суміші криптону з хлором приводило до зростання яскравості випромінювання смуги 222нм КгСІ і яскравості всього випромінювання в діапазоні 164 - 267нм, а яскравість випромінювання молекул хлору, при цьому, зменшувалась (фіг 4) Залежності яскравості смуг випромінювання молекул СЬ і КгСІ від величини розрядного струму були ЛІНІЙНО зростаю чими Максимальна яскравість УФ-ВУФ випромінювання розряду на суміші Не з СЬ досягалась при Р(Не), який дорівнював 150 - 200Па і Р(СЬ), який дорівнював 300 - 400Па, а для суміші Кг з хлором при Р(Кг), дорівнював 500 - 700Па і Р(СІ2), який дорівнював 200 - 270Па Величина середньої потужності УФ-ВУФ випромінювання в куті 4ті з одного катодного стержня досягала 2 - ЗВт (суміш Кг і СЬ) і дорівнювала 1Вт (суміш Не і СЬ) Коефіцієнти корисної дії джерел випромінювання досягали ВІДПОВІДНО 10% і 4% Винахід може бути застосованим в мікроелектроніці, квантовій електроніці, екологи, полімерній хімії, бютехнолопяхта медицині Джерела інформації 1 Ломаев М И , Панченко Є А , Соснин Є А , Тарасенко В Ф Цилиндрические эксилампы с накачкой тлеющим разрядом // Журнал технической физики 1998 Т68 № 2 С 64 - 68 2 Волков Н В, Бейлис И И Протяженная плазма отрицательного свечения в коротком тлеющем разряде // Теплофизика высоких температур 1992 ТЗО, № 4 С 664-672 —прототип 53509 aw fblll Г" 1 450• 2 4 0 0 і 3 5 0 0 5 0 • і ' і 1 1 5 0 1 0 0 2 0 0 2 5 0 ФІГ.2. 200 нм Cij" 258HMC!J(D'-A') 210 240 270Д.НМ 222нмКгС!(В-Х) 258шСІг(О'-А') 240 Д,нм 53509 10 J, БІДН.ОД. 1.00 0.75" -в 2 0.50* _ — • * 0.25 0.00" 300 400 500 Р(Кх),Ш ФІГ.4. ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24