Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у фіолетово-синій області спектра

Реферат: Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у фіолетово-синій області спектра містить розрядний об'єм, який формується щонайменше двома електродами, один з електродів ізольований від розрядного об'єму шаром діелектрика, а також лампа має варіанти, в яких електроди розташовують в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу. При цьому електророзрядна ексиплексна лампа розміщується в балоні, з якого видаляють атмосферне повітря. Як робоча суміш використовуються пари дийодиду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули монойодиду ртуті HgI* на В-Х-переході у фіолетово-синій області спектра з максимумом при довжині хвилі 444 нм. UA 115672 U (54) ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНА ЕКСИПЛЕКСНА ЛАМПА З ВИПРОМІНЮВАННЯМ У ФІОЛЕТОВО-СИНІЙ ОБЛАСТІ СПЕКТРА UA 115672 U UA 115672 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до газорозрядної електроніки, світлотехніки і може використовуватись для накачки твердотільних і рідинних лазерів, в біотехнології, агрофізиці та в медицині. Відоме ексиплексне джерело випромінювання в фіолетово-синьому спектральному діапазоні на системі молекулярних смуг монойодиду ртуті (HgI*) (перехід В-X) з максимумом випромінювання на довжинах хвиль 443 і 444 нм, яке збуджується у плазмі на суміші парів дийодиду ртуті (HgI2), гелію та азоту поперечного електричного розряду з фотоіонізацією при дисоціації молекул HgI2 [1]. Недоліком відомого джерела є те, що застосування поперечного електричного розряду з фотоіонізацією ускладнює та робить громіздким джерело. Крім цього в -3 % джерелі досягаються малі значення енергії випромінювання (3 мДж) та ККД (610 ). Максимальна частота повторення імпульсів дорівнювала 0,1 Гц. Прототипом до запропонованого ексиплексного джерела випромінювання є лампа діелектричного бар'єрного розряду, що складається з балона, в якому є головна вісь, розрядний об'єм, який наповнений газом. Всередині балона знаходяться щонайменше два електроди, один електрод першого типу і один електрод другого типу. Електроди першого типу знаходяться під напругою, щоб діяти як катод, а електроди другого типу знаходяться під напругою, щоб діяти як анод. Електроди прямі, подовжені і мають поздовжню вісь, що паралельна головній осі розрядного балона. Ці електроди розміщені в границях розрядного об'єму. Електроди одного з типів ізольовані від розрядного об'єму шаром діелектрика. Лампа діелектричного бар'єрного розряду має варіанти, в яких електроди розташовані в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу [2]. Спільні суттєві ознаки прототипу і корисної моделі: джерело випромінювання складається з розрядного об'єму, розрядний об'єм формується щонайменше двома електродами, один з електродів ізольований від розрядного об'єму шаром діелектрика. До електродів підключається джерело змінного струму для забезпечення накачки розряду. Лампа діелектричного бар'єрного розряду має варіанти, в яких електроди розташовані в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу. Відомий пристрій має недоліки: поверхня балона торкається зовнішнього середовища, а це призводить до втрати енергії джерела накачки розряду на нагрів зовнішнього середовища і тим самим веде до зменшення енергії, що вкладається в розрядний простір, а це в свою чергу зменшує потужність і ККД пристрою; як газ наповнювача розрядного об'єму не включено пари дийодиду ртуті з буферним газом, що забезпечує випромінювання в фіолетово-синій області спектра з максимумом при довжині хвилі 444 нм [1]. Задача корисної моделі полягає у збільшенні потужності випромінювання та розширенні діапазону випромінювання в фіолетово-синю спектральну область. Поставлена задача вирішується тим, що запропонована електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у фіолетово-синій області спектра, що містить розрядний об'єм, який формується щонайменше двома електродами, один з електродів ізольований від розрядного об'єму шаром діелектрика, а також лампа має варіанти, в яких електроди розташовують в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу, згідно з корисною моделлю, розміщується в балоні, з якого видаляють атмосферне повітря, а як робоча суміш використовуються пари дийодиду ртуті з буферним газом, основними робочими хвилями якої є випромінювання молекули монойодиду ртуті HgI* на В-Х-переході у фіолетово-синій області спектра з максимумом при довжині хвилі 444 нм. Перевагами запропонованої електророзрядної ексиплексної лампи над прототипом є збільшення потужності, збільшення ККД та забезпечення випромінювання у фіолетово-синьому спектральному діапазоні. На фіг. 1 наведена конструкція ексиплексної лампи в повздовжньому перерізі, а на фіг. 2 - в поперечному розрізі. Ексиплексна лампа з випромінюванням в фіолетово-синій області спектра складається з кварцової трубки (1) довжиною 200 мм, яка зварена в торцях. Зовнішній діаметр трубки складає 34 мм. Всередині трубки (1) паралельно на проміжку 15 мм розміщені два вольфрамові електроди (4) круглого перерізу діаметром 5 мм, один із електродів (4) знаходиться у кварцовій трубці (3) з зовнішнім діаметрами 9 мм. Увід (2) забезпечує введення високої напруги до електродів (4) від зовнішнього джерела. Ексиплексна лампа розміщена в кварцовій трубці (6), яка зварена в торцях, довжина її складає 210 мм, внутрішній і зовнішній діаметри 44 мм і 50 мм відповідно. З простору (7) між ексиплексною лампою та кварцовою трубкою (6) видалено атмосферне повітря. 2 Площа розрядної області (5) і довжина горіння об'ємного розряду складають 14×5 мм і 200 мм відповідно. Ексиплексна лампа з випромінюванням у фіолетово-синій області спектра 1 UA 115672 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 працює наступним чином: у кварцову трубку (1) розміщують порошок дийодиду ртуті у кількості -1 60 мг, відкачують атмосферне повітря до тиску не більше 1,3310 Па і напускають 120 кПа гелію або неону. При збудженні робочої суміші в розрядній області (5) бар'єрним розрядом імпульсами напруги з амплітудою 30 кВ, тривалістю 50 нс і частотою слідування імпульсів накачки 1 кГц, що прикладалася між електродами (4), висока напруга подавалась на електрод (4), що знаходився у кварцовій трубці, а другий електрод (4) був заземлений. В плазмі на основі суміші HgI2/He (Ne) відбувається дисоціативне збудження дийодиду ртуті електронами розряду, в результаті реакції HgI2+e→HgI(B)+I+e утворюються ексиплексні молекули HgI*, які спонтанно переходять в основний X стан з висвічуванням системи смуг в фіолетово-синій області спектра з максимумом при довжині хвилі λ, рівній 444 нм (В-Х-перехід). Парціальний тиск парів дийодиду ртуті створювався за рахунок нагріву робочої суміші при дисипації енергії імпульсно-періодичного розряду. Застосування в конструкції лампи зовнішньої трубки (6) і простору (7), з якого видалено атмосферне повітря, приводить до збільшення температури розрядної трубки (1) і тим самим збільшується концентрація парів дийодиду ртуті і відповідно збільшується потужність випромінювання монойодиду ртуті HgI* на В-Х-переході у фіолетово-синій області спектра з максимумом на довжині хвилі 444 нм. На фіг. 3 наведено залежності потужності випромінювання від довжин хвиль. Застосування зовнішньої трубки (6), з якої видалено атмосферне повітря, приводить до зростання середньої потужності випромінювання на 40 % (фіг. 3а) порівняно із значенням потужності без зовнішньої трубки (фіг. 3б). -6 3 Середня потужність випромінювання з об'єму горіння розряду 1410 м становить 238 мВт, ККД 1,1 % при частоті слідування імпульсів накачки 1 кГц, амплітуді імпульсів напруги 30 кВ, парціальному тиску гелію 120 кПа. На фіг. 4 представлено в поперечному розрізі один із варіантів ексиплексної лампи (з матрицею електродів), в якому електроди розташовані в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу. Таке розташування електродів дозволяє використовувати весь об'єм кварцової трубки для створення випромінювання. При такому розташуванні зменшується міжелектродний проміжок, що дозволяє застосовувати джерело накачки з меншою напругою. Для електродного проміжку 3 мм в такому варіанті ексиплексної лампи амплітуда напруги джерела накачки знаходиться в межах 3-5 кВ. На фіг. 5 представлено спектр випромінювання ексиплексної лампи при застосуванні джерела накачки на частоті 130 кГц і напруги 3 кВ. Спостерігається різниця в спектрі по відношенню до спектра (фіг. 3) (при частоті слідування імпульсів 1 кГц), а саме в появі ліній випромінювання ртуті в ультрафіолетовому спектральному діапазоні, яка пов'язана з дисоціацією молекул дийодиду ртуті при зіткненні з електронами в плазмі газового розряду. При такій частоті молекули дийодиду не встигають відновлюватись. Ефективність корисної моделі визначається тим, що порівняно з прототипом зменшились втрати енергії в зовнішнє середовище, знизилась залежність потужності випромінювання від температури зовнішнього середовища, збільшено ККД та розширено діапазон випромінювання у фіолетово-синю спектральну область. Корисна модель може бути використана для практичного використання в: біотехнології, агрофізиці, індикаторній панелі, в наукових дослідженнях з квантової електроніки, для накачки твердотільних і рідинних лазерів та в медицині. Джерела інформації: 1. Гаврилова Ю.Е., Зродников B.C., Клементов А.Д., Подсосонный А.С. "Эксимерный HgJ*лазер, возбуждаемый электрическим разрядом" // Квантовая электроника. - 1980. - Т. 7, № 11. С. 2495-2496. 2. Lajos Reich, Attila Agod, Szabolcs Beleznal, Laszlo Jakab, Peter Richter. Dielectric Barrier Discharge Lamp. United States Patent. Pub.No.:US 2006/0006806A1. Pub. Date of Patent: Jan. 12, 2006 (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Електророзрядна ексиплексна лампа з випромінюванням у фіолетово-синій області спектра, що містить розрядний об'єм, який формується щонайменше двома електродами, один з електродів ізольований від розрядного об'єму шаром діелектрика, а також лампа має варіанти, в яких електроди розташовують в розрядному об'ємі по групах, і кожна з груп містить один електрод першого типу і щонайменше один електрод другого типу, яка відрізняється тим, що електророзрядна ексиплексна лампа розміщується в балоні, з якого видаляють атмосферне повітря, а як робоча суміш використовуються пари дийодиду ртуті з буферним газом, основними 2 UA 115672 U робочими хвилями якої є випромінювання молекули монойодиду ртуті HgI* на В-Х-переході у фіолетово-синій області спектра з максимумом при довжині хвилі 444 нм. 3 UA 115672 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева 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