Безвіконна, точкова, ультрафіолетова лампа на парах міді

Реферат: Безвіконна, точкова, ультрафіолетова лампа на парах міді містить систему з двох металевих електродів, діелектричний корпус, джерело наносекундних імпульсів високої напруги та робочу газову суміш - повітря атмосферного тиску. Для утворення плазми, яка випромінює в ультрафіолетовій ділянці спектра в області основного максимуму поглинання молекул ДНК, використано наносекундний розряд між мідними електродами з малим радіусом заокруглення робочої частини, який запалюється в безвіконному корпусі, при малій міжелектродній віддалі 0,5 мм; при цьому лампа випромінює переважно у вузькому спектральному діапазоні 200-230 нм на переходах атомів міді і смугах оксиду азоту з максимальною середньою потужністю 5-50 мВт, при частоті повторення імпульсів накачування 0,1-1 кГц. UA 111401 U (54) БЕЗВІКОННА, ТОЧКОВА, УЛЬТРАФІОЛЕТОВА ЛАМПА НА ПАРАХ МІДІ UA 111401 U UA 111401 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізики низькотемпературної плазми та світлотехніки. Може застосовуватися у наноелектроніці, фотохімії, фотобіології і медицині. Відома газорозрядна ультрафіолетова лампа на парах води з двома діелектричними бар'єрами, яка працює на сумішах аргону з парами води і випромінює на смузі гідроксилу з максимумом при 309,2 нм [1]. Збудження розряду відбувалось імпульсами напруги в формі меандру з тривалістю 1,5 мкс, амплітудою до 5 кВ і частотою в діапазоні 26-96 кГц. Оптимальний парціальний тиск парів води складав близько 1,3 мм. рт. ст., аргону - 200-350 мм. рт. ст. Максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання лампи досягала 1.1 Вт, а коефіцієнт корисної дії - 0,45 %. Основними недоліками цієї лампи є велика тривалість імпульсів ультрафіолетового випромінювання (1-1,5 мкс), що не сприяє одержанню високої імпульсної потужності випромінювання, значні габарити випромінювача лампи (довжина L=30 см) і плазмового середовища, неузгодженість спектра випромінювання лампи з основними смугами поглинання молекул ДНК та наявність кварцової трубки у випромінювача, яка може бути пошкоджена при застосуванні в екстремальних польових умовах. Найближчим аналогом до запропонованої безвіконної, точкової, ультрафіолетової лампи на парах міді є точкова лампа на парах заліза з плазмовим середовищем у вигляді циліндра з основою діаметром 1 мм та висотою 3 мм, яка працювала на суміші аргону з повітрям або азотом і випромінювала на смугах другої додатної системи молекули азоту в спектральній області 300-400 нм при міжелектродній віддалі 2-3 мм і системі спектральних ліній атома заліза в спектральному діапазоні 250-270 нм [2]. Лампа збуджувалась імпульсами напруги амплітудою 10-14 кВ субнаносекундної тривалості, коли на передньому фронті імпульсу напруги формується пучок "втікаючих" електронів, який супроводжується рентгенівським випромінюванням. Тривалість імпульсів випромінювання не перевищувала 2-3 нc. Основним недоліком цієї лампи є наявність кварцової оболонки з газовою сумішшю та неузгодженість спектра випромінювання атомів заліза з основним максимумом поглинання молекул ДНК (200-220 нм) [3]. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у створенні безвіконної, точкової, ультрафіолетової лампи на парах міді, випромінювання якої потрапляє в основний максимум поглинання молекули ДНК, яка може працювати в повітрі атмосферного тиску при відсутності скляних або кварцових оболонок чи вікон. Поставлена задача вирішується тим, що у запропонованій безвіконній, точковій, ультрафіолетовій лампі на парах міді, яка містить систему з двох металевих електродів, діелектричний корпус, джерело наносекундних імпульсів високої напруги та робочу газову суміш - повітря атмосферного тиску, згідно з корисною моделлю, для утворення плазми, яка випромінює в ультрафіолетовій ділянці спектра в області основного максимуму поглинання молекул ДНК, використано наносекундний розряд між мідними електродами з малим радіусом заокруглення робочої частини, який запалюється в безвіконному корпусі, при малій міжелектродній віддалі 0,5 мм; при цьому лампа випромінює переважно у вузькому спектральному діапазоні 200-230 нм на переходах атомів міді і смугах оксиду азоту з максимальною середньою потужністю 5-50 мВт при частоті повторення імпульсів накачування 0,1-1 кГц. Перевагами даної безвіконної, точкової, ультрафіолетової лампи на парах міді є її екологічність, на відміну від ртутних люмінесцентних джерел світла, малий об'єм робочого середовища, безкоштовне газове наповнення, яким є навколишнє повітря, вузький спектр випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні довжин хвиль та відсутність скляних або кварцових елементів в корпусі. Тривалість імпульсів напруги складала 50-100 нc, а їх амплітуда досягала ±(20-40) кВ. Комутатором в модуляторі служив водневий імпульсний тиратрон ТГИІ-1000-25. Імпульси напруги з модулятора підсилювались в чотири рази за допомогою імпульсного кабельного трансформатора. Амплітуда додатних і негативних імпульсів струму в розряді знаходилась в межах 100-170 А при зміні частоти повторення імпульсів в діапазоні 35-1000 Гц. Реєстрація світлин наносекундного розряду здійснювалась за допомогою цифрового фотоапарата. Спектри випромінювання лампи реєструвались з використанням монохроматора МДР-2 і фотопомножувача "ФЭУ-106". Спектрофотометр попередньо калібрувався за випромінюванням дейтерієвої і "банд" ламп, що дозволяло в спектральній області 200-650 нм реєструвати відносні інтенсивності спектральних ліній. Вимірювання абсолютної потужності випромінювання точкової лампи відбувалось за допомогою ультрафіолетового вимірювача абсолютної потужності випромінювання "ТКА-ПКМ". 1 UA 111401 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На фіг. 1. наведена будова безвіконної, точкової, ультрафіолетової лампи на парах міді. Розрядна комірка лампи (1) виготовлена з оргскла і має розміри 125×60 мм. З метою зменшення впливу електромагнітних полів на систему реєстрації характеристик лампи, остання була поміщена в екран з металевої сітки (2). Діаметр циліндричних мідних електродів (3) складав 5 мм, а радіус заокруглення робочої торцевої частини електродів був рівним 3 мм. Для локалізації розряду (4) між кінчиками мідних електродів вони розміщувались всередині діелектричних трубок (5). Безвіконна, точкова, ультрафіолетова лампа на парах міді працює наступним чином. При поданні на електроди лампи наносекундних імпульсів напруги амплітудою ±(20-40) кВ, між кінчиками мідних електродів запалюється просторово однорідний розряд короткої тривалості. При міжелектродній віддалі 0,5 мм розрядний проміжок сильно перенапружений, що створює сприятливі умови для формування пучка електронів високої енергії, які вступають в режим неперервного прискорення і залишають розрядний проміжок (так звані "втікаючі" електрони). Явище "втечі" електронів з коротких розрядних проміжків приводить до розпорошення електродів, появі супутнього рентгенівського випромінювання, яке сприяє запалюванню просторово однорідного розряду в повітрі атмосферного тиску навіть у проміжках із нерівномірним розподілом напруженості електромагнітного поля. Розпилені атоми міді надходять в розрядний проміжок і збуджуються електронами розряду, що призводить до утворення збуджених атомів. Останні спонтанно розпадаються з випромінюванням в спектральному інтервалі 200-230 нм. На фіг. 2 приведено світлину розряду. Розміри плазми по горизонталі і вертикалі складають 0,5 мм та 0,7 мм. Як випливає з цієї світлини, розряд є досить однорідним, що зумовлено дією системи попередньої іонізації, роль якої в лампі виконує пучок "втікаючих" електронів, який формується на передньому фронті імпульсу струму, та супутнє йому рентгенівське випромінювання. На фіг. 3 представлено спектр випромінювання лампи. Він складався з смуг оксиду азоту (номери 1-3 та 11-13 на фіг. 3) та груп інтенсивних спектральних ліній атома міді (номери 4-10 на фіг. 3). Найбільш інтенсивними спектральними лініями атома міді в спектрі випромінювання точкової, ультрафіолетової лампи на парах міді були: 213,0 нм; 216,5 нм та 220,0 нм. Менш інтенсивними були смуги випромінювання радикалів оксиду азоту: 226,3 нм; 226,9 нм і 236 нм. При частоті повторення імпульсів накачування 0,1-1 кГц, максимальна потужність ультрафіолетової точкової лампи знаходилась в діапазоні 5-50 мВт. Безвіконна, точкова, ультрафіолетова лампа на парах міді, яка випромінює в спектральному діапазоні 200-230 нм, може використовуватись для очистки повітря від бактерій, стерилізації продовольчих матеріалів в консервному виробництві, стерилізації медичних інструментів і матеріалів та в фотобіології. Джерела інформації: 1. Соснин Э.А., Ерофеев Μ.В., Авдеев С.М., Панченко А.Н. и др. Ультрафиолетовая лампа барьерного разряда на молекулах ОН // Квантовая электроника. - 2006. - Т. 36, № 10. - С. 981983. - Аналог. 2. Бакшт Е.Х., Тарасенко В.Ф., Шутько Ю.В., Ерофеев М.В. Точечный источник УФ излучения с частотой 1 кГц и короткой длительностью импульсов // Известия ВУЗов. Физика. 2011. - № 11. - С. 91-94. - найближчий аналог. 3. Шуаібов O.K., Шевера І.В., Шимон Л.Л., Соснін Е.А. "Сучасні джерела ультрафіолетового випромінювання: розробка та застосування". Навчальний посібник. - Ужгород: Видавництво УжНУ "Говерла", 2006. - С. 222. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Безвіконна, точкова, ультрафіолетова лампа на парах міді, яка містить систему з двох металевих електродів, діелектричний корпус, джерело наносекундних імпульсів високої напруги та робочу газову суміш - повітря атмосферного тиску, яка відрізняється тим, що для утворення плазми, яка випромінює в ультрафіолетовій ділянці спектра в області основного максимуму поглинання молекул ДНК, використано наносекундний розряд між мідними електродами з малим радіусом заокруглення робочої частини, який запалюється в безвіконному корпусі, при малій міжелектродній віддалі 0,5 мм; при цьому лампа випромінює переважно у вузькому спектральному діапазоні 200-230 нм на переходах атомів міді і смугах оксиду азоту з максимальною середньою потужністю 5-50 мВт, при частоті повторення імпульсів накачування 0,1-1 кГц. 2 UA 111401 U 3 UA 111401 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4