Генератор оптичного випромінювання

Реферат: UA 78572 U UA 78572 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізики плазми й може бути використана для генерації переважно короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, у спектроскопії, для вирішення технологічних завдань, для створення перешкод оптико-електронним засобам. Відомі генератори потужних оптичних випромінювань, які включають енергоджерело, пристрій для формування струмового імпульсу, струмопідведення й розрядну камеру [1]. Недоліком таких генераторів є дуже малий коефіцієнт корисної дії (до 1 %). Відомі малогабаритні генератори великої яскравості, у яких звичайно використовують діелектричні дугові розрядні камери [2-3], які живляться від низьковольтних джерел струму (U=100 В). З метою одержання суцільного спектра випромінювання збільшують тиск у камері й електричний струм, але при цьому використовують пристрої для формування струмових імпульсів (наприклад, конденсаторні батареї або індуктивні накопичувачі). Недоліком таких генераторів є більші енерговитрати й порівняно малий коефіцієнт корисної дії. Відомі оптичні генератори, у яких як робоче тіло використовується ртуть, що дозволяє значно збільшити частку енергії, що доводиться на короткохвильову ультрафіолетову частину спектру [4]. Для збільшення світловіддачі, стабілізації розряду, підвищення потужності збуджують імпульсні розряди в камерах, заповнених інертними газами (наприклад, ксеноном) 5 [5]. У такий спосіб вдається одержати світловіддачу до 50 лм/Вт і яскравість до 10 стильбанса. Недоліком зазначених генераторів є його малий коефіцієнт корисної дії (до 1 %) перетворення електричної енергії у світлову. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, варто вважати генератор оптичних випромінювань, описаний у статті [6]. Генератор складається з енергоджерела, формувача струмового імпульсу, струмопідведення і розрядної камери циліндричного типу, заповненої азотом, електроди якої (анод і катод) закорочені тонким дротом. Робота даного пристрою відбувається в такий спосіб. Формувач струмового імпульсу (конденсаторна батарея) розряджається через тонкий (діаметром 0,7 мм) алюмінієвий дріт, що випаровується й створює умови для пробою основного газового проміжку довжиною 5 см. За рахунок джоулевого нагрівання й ударного стиску газу при імпульсному розряді газ нагрівається й випромінює в широкому спектрі частот (аж до 100 нм). Для виводу випромінювання в бічній стінці камери зроблене вікно із кварцу, що пропускає електромагнітне випромінювання аж до жорсткого ультрафіолетового (УФ). Оцінки показали, що коефіцієнт корисної дії перетворення електричної енергії конденсаторної батареї у світлове випромінювання становить усього близько 10 %, причому в УФ випромінювання трансформується лише невелика частина цього випромінювання. Недоліком відомого генератора оптичного випромінювання є малий коефіцієнт корисної дії перетворення електричної енергії у світлове випромінювання в тому числі й в УФ випромінювання. Цей недолік обумовлений великою товщиною газового шару (порядку 8 см), що не дозволяє випромінюванню із внутрішніх областей покинути розрядну камеру [5]. Крім того, низка ефективність трансформації енергії з коливального розряду накопичувача в динамічний пінч. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити генератор оптичного випромінювання шляхом створення односпрямованого руху світлового випромінювання, що дозволяє збільшити коефіцієнт корисної дії перетворення електричної енергії у світлове випромінювання в тому числі й в ультрафіолетове випромінювання, підвищити ефективність трансформації енергії з коливального розряду накопичувача в динамічний пінч. Поставлена задача вирішується тим, що генератор оптичного випромінювання, що містить заповнену робочим газом циліндричну діелектричну камеру, у якій установлені анод і катод, з'єднані дротами й підключені до імпульсного джерела напруги, і вихідне кварцове вікно, вихідне вікно встановлене на одному з торців камери, джерело напруги оснащене плоским екраном з феромагнітного матеріалу з діаметром не меншим діаметра камери, екран установлений на протилежному вихідному вікну торці камери, катод виконаний у вигляді стрижня й установлений уздовж осі камери й відділений від екрана ізолятором, анод виконаний у вигляді секцій, при цьому секції анода розташовані на однаковій відстані один від одного уздовж бічної поверхні камери й кожна секція з'єднана з катодом дротами, а як джерело напруги застосований вибухомагнітний генератор. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому представлена структурна схема запропонованого генератора. Генератор складається із циліндричної діелектричної камери 1, імпульсного джерела напруги 2 у вигляді вибухомагнітного генератора й з'єднаного з анодом 3 і катодом 4. Анод 3 виконаний у вигляді секцій, при цьому секції анода розташовані на однаковій відстані один від одного уздовж бічної поверхні камери 1 і кожна секція з'єднана з катодом 1 UA 78572 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 дротом 5. Катод 4 виконаний у вигляді стрижня й установлений уздовж осі камери 1 і відділений від феромагнітного екрана 6 ізолятором 7. Ультрафіолетове випромінювання виводиться з камери 1 через вихідне кварцове вікно 8, прозоре для такого випромінювання. Робота запропонованого пристрою відбувається в такий спосіб. Циліндрична діелектрична камера 1 заповнена робочим газом, наприклад, ксеноном під тиском порядку 30 атмосфер. Імпульс напруги від джерела напруги 2 прикладається між анодом 3 і катодом 4. Тонкі алюмінієві дроти 5, що з'єднують анод 3 і катод 4, при цьому випаровуються й створюють умови для пробою основного газового проміжку. За рахунок ударного стиску газу при імпульсному розряді й джоулевого нагрівання газ сильно розігрівається й випромінює в широкому спектрі частот, у тому числі й в ультрафіолетовому діапазоні. Феромагнітний екран 6, відділений від катода 4 ізолятором 7, сприяє односпрямованому руху світлового випромінювання убік кварцового вікна 8. УФ випромінювання виводиться з камери 1 через кварцове вікно 8, прозоре для такого випромінювання. Покажемо більш докладно одержання позитивного ефекту. Установка феромагнітного екрана перешкоджає виникненню сили, яка зміщує розряд у бік вихідного кварцового вікна, тому що він екранує магнітні поля струмів розряду й у струмопідведення. Вибране розташування електродів усередині камери забезпечує рівномірне протікання розряду по всьому об'єму камери. Тому що світіння розряду поблизу катода, якщо є один анод, становить 30°, то для охоплення всього об'єму камера світною хмарою необхідно використовувати секціоновані аноди. При цьому усередині камери створюється заповнення світною плазмою порівняно однакової температури. Застосування центрального електрода як катод, де відбувається звуження дугового розряду, дозволяє забезпечити ефективне використання всієї поверхні електрода [7]. Джерело напруги у вигляді вибухомагнітного генератора (ВМГ) дозволяє одержати високі щільності струмів і їхньої величини при малих вагах і об'ємі генератора. Кожний анод підключений до своєї обмотки багатосекційного вибухомагнітного генератора, яких повинно бути не менше дванадцяти й з однаковими параметрами. Як вибухомагнітний генератор може бути використаний генератор типу МК-2, вага якого не перевищує 120 кг, довжиною 1,4 м і діаметром 35 см. Тому що ВМГ по своїй природі - це ідеальне джерело струму, то при дуговому розряді це дає високу ефективність передачі електричної енергії джерела напруги в розряд (більше 60 %, у той час як при ємнісному накопичувачі енергії, установленому в найближчому аналогу при вазі більше 200 кг, передача енергії становить менше 10 %. Запропонований пристрій дозволяє підвищити ККД перетворення електричної енергії у світлову до (30…35)%, причому основна частина енергії трансформується в УФ (більше 20 %). Для порівняння скажемо, що в найближчому аналогу в УФ випромінювання йде менш 5 % випромінювання. Джерела інформації: 1. Electr. News., 1970. - V. 15. - № 782. 2. Шульц Р.// Ann. Phys., 1947. - V.1. - № 95. - P. 107. 3. Peters L. // Z. Phys., 1953. - T. 135. - P. 573. 4. Справочная книга по светотехнике. - М.: АН СССР, 1956. - Т.1. 5. Маршак И.С. Импульсные источники света //ПТЭ, 1962. - № 3. 6. Митина Р.В. и др. Генератор оптических излучений //Журнал "ТВТ", 1969. - Т.7. - № 5. С.846 - прототип. 7. Л.М. Биберман. //УФН, 1967. - Т.91, - № 2. - С. 193. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Генератор оптичного випромінювання, що містить заповнену робочим газом циліндричну діелектричну камеру, у який установлений анод і катод, з'єднані дротами й підключені до імпульсного джерела напруги, і вихідне кварцове вікно, який відрізняється тим, що вихідне кварцове вікно встановлено на одному із торців камери, джерело оснащене плоским екраном з феромагнітного матеріалу з діаметром, не меншим діаметра камери, екран установлений на протилежному вихідному вікну торці камери, катод виконаний у вигляді стрижня й установлений уздовж осі камери й відділений від екрана ізолятором, анод виконаний у вигляді секцій, при цьому секції анода розташовані на однаковій відстані один від одного уздовж бічної поверхні камери й кожна секція з'єднана з катодом дротом, а як джерело напруги застосований вибухомагнітний генератор. 2 UA 78572 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3