Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску

Короткохвильова газорозрядна галогенна лампа низького тиску, яка містить систему електродів, кварцову розрядну трубку, обмежуючий опір, джерело високої напруги та робочу газову суміш інертного газу з парами галогену, яка відрізняється тим, що робоча газова суміш містить гелій та пари брому при парціальних тисках компонентів газової суміші He (500-600) Па та Вr2 (200-400) Па і при електричній потужності тліючого розряду 5060 Вт. (19) (21) a200612169 (22) 20.11.2006 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ШУАІБОВ ОЛЕКСАНДР КАМІЛОВИЧ, U A, ШИМОН ЛЮДВІК ЛЮДВІКОВИЧ, U A, ГРАБОВА ІРИНА АРКАДІЇВНА, U A (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ", UA (56) US 6376972, 23.04.2002 RU 2200356, 10.03.2003 UA 69754, 15.09.2004 3 85231 4 Задачею винаходу є розширення спектральнотром 14мм-2. Міжелектродна віддаль в лампі го діапазону ультрафіолетового випромінювання в складає 100мм. Для запалювання тліючого розряобласть більш коротких довжин хвиль, збільшення ду використано високовольтний випрямляч - 3. рівномірності перекриття спектрального діапазону Напруга на виході випрямляча регулювалася в 157-300нм потужним випромінюванням газорозрямежах 1-25кВ, а розрядний струм у лампі змінювадної галогенної лампи, робоча суміш якої не місвся в діапазоні 1-100мА. Додатна клема джерела тить коштовних інертних газів типу ксенону чи криживлення через баластний опір - 4 була сполучена птону. з анодом кварцової розрядної трубки. Поставлена задача досягається таким чином, Пари брому та гелій надходили в розрядну що короткохвильова газорозрядна галогенна ламтрубку із вакуумної газозмішувальної системи, яка па низького тиску, яка містить систему електродів, дозволяла готувати робочі газові суміші різного кварцову розрядну тр убку, обмежуючий опір, джетиску і складу. Перед заправленням робочою сурело високої напруги та суміш гелію і пари брому, мішшю кварцова трубка відкачувалася до залишвідрізняється тим, що робоча газова суміш гелію кового тиску 5-7Па і неодноразово промивалась при тисках (500-600)Па, парів брому при тисках гелієм високої чистоти. Трубка також знегажува(200-400)Па і при електричній потужності тліючого лась і пасивувалась в суміші парів брому з гелієм розряду 50-60Вт випромінює в спектральному діашляхом запалювання тліючого розряду при макпазоні 157-300нм на резонансних спектральних симальному розрядному струмі. Розрядна трубка лініях 157,6 та 1633нм атома брому і континууму в вважалася готовою до проведення оптимізації спектральному діапазоні 165-300нм, який формувихідних характеристик лампи коли в спектрах ється на основі спектральних смуг молекули брому випромінювання розрядної плазми було повністю з максимумами при 170-185нм на Н-Х переході, відсутнє випромінювання смуг другої позитивної 185-210нм на G-X переході, 207-222нм іона двохсистеми молекули азоту. атомної молекули брому на Е-A переході, 156Методика і техніка вимірювання вихідних ха300нм та 267-295нм молекули брому на Σ-Χ перерактеристик лампи приведена в праці [4]. ході та 280-295нм молекули брому на D’-A’ переКороткохвильова газорозрядна галогенна лаході, які в сукупності випромінюють максимальну мпа низького тиску працює наступним чином. потужність 5Вт при найбільшому коефіцієнті кориУ розрядну трубку, яка була попередньо відкасної дії 12% і ресурсі роботи в газостатичному речана до залишкового тиску 5Па і пасивована в жимі 500 годин. парах брому, необхідно напустити суміш парів Перевагами запропонованої короткохвильової брому та гелію при наступному співвідношенні їх газорозрядної галогенної лампи низького тиску парціальних тисків (500-600) та (200-400)Па. На над прототипом є те, що крім випромінювання спеанод розрядної трубки необхідно подати постійну ктральних ліній атома галогену (йоду), при викоринапругу величиною 1-1,5кВ внаслідок чого в ній станні парів брому, як робочої речовини в лампі, запалиться повздовжний тліючий розряд. В розрязміщується в область більш коротких довжин дній плазмі на основі суміші гелію з парами брому хвиль - 157-163нм. За рахунок перекриття спектпід дією електронів позитивного стовпа тліючого ральних смуг молекули брому та її іону було досярозряду утворюються збуджені атоми брому, збугнуто рівномірне перекриття випромінюванням джені молекули брому та молекулярного іона броспектрального діапазону 167-300нм, який повністю му. потрапляє в континуум поглинання молекул ДНК, При спонтанному розпаді цих збуджених мощо важливо при використанні цих джерел в якості лекул і атомів брому опромінюються спектральні бактерицидних. Це стало можливим за рахунок лінії 157,6нм і 163,3нм атома брому то коротковикористання молекул брому як малоагресивної хвильовий континуум в спектральному діапазоні робочої речовини в лампі. При використанні прос158-300нм, який формується на основі широких тої робочої суміші гелію і парів брому можлива молекулярних смуг дво хатомних молекул брому і довга і стабільна робота лампи в режимі повільної його іону. Основними складовими цього континуузаміни робочої суміші, оскільки остання не містить му є спектральні смуги молекули брому з максикоштовних газів. мумами при 170-185нм на Н-Х переході, 85-210нм Широкосмугове ультрафіолетове та вакуумнона G-X переході, 207-222нм іона двохатомної моультрафіолетове випромінювання, а також лінійлекули брому на Е-А переході, 156-300нм та 267часте випромінювання атомів брому в спектраль295нм молекули брому на Σ-Χ переході та 280ному діапазоні 157-165нм є перспективним для 295нм молекули брому на D’-A’ переході. використання в спектроскопії поглинання. КоротРозподіл плазми всередині розрядної трубки кохвильова газорозрядна галогенна лампа низькопри різному парціальному тиску парів брому у суго тиску також може ефективно використовуватися міші гелію з бромом було наступним: при парціаі як джерело бактерицидного випромінювання, льному тиску парів брому меншому за 100Па діаоскільки основні частини її спектру випромінюванметр плазмового стовпа знаходиться у межах 10ня потрапляють в максимуми спектру поглинання 12мм, при тисках парів брому в діапазоні 200молекул ДНК [3], що важливо для застосування 600Па діаметр розряду зменшується до 2мм. При лампи в фотобіології та фотомедицині. збільшенні середнього струму тліючого розряду На Фіг.1 наведена будова і схема живлення від 2 до 60мА при парціальному тиску парів брому короткохвильової газорозрядної галогенної лампи в межах 200-600Па діаметр плазми збільшувався низькою тиску. Лампа складається із металевих від 2 до 12мм. Збільшення парціального тиску геелектродів циліндричної форми довжиною 15мм – лію (при величині парціального тиску парів брому 1, кварцової розрядної трубки з внутрішнім діамев діапазоні 200-600Па) від 100 до 1000Па приво 5 85231 6 дило до зменшення діаметру розрядної плазми з При більших парціальних тисках парів брому, 12 до 3мм. лампа випромінює континуум у спектральному Вольт-амперні характеристики тліючого роздіапазоні 157-300нм. Для цього випадку на Фіг.6 ряду в суміші гелію з парами брому при складах: наведені залежності інтенсивності смуг випромі530-80 (1), 530-240 (2) і 530-400 (3) Па наведені на нювання молекули брому 289 (1) та 220нм (2) від Фіг.2. Піднормальна стадія тліючого розряду, яка потужності, яка вноситься в плазму тліючого розпереходить у нормальну при середньому струмі ряду на суміші гелій-бром з парціальним складом більшому за 10-20мА, спостерігалась лише при 530-400Па. Ці інтенсивності, які фактично є інтенвідносно високому парціальному тиску парів брому сивністю короткохвильового континууму практично в лампі (вищому за 200Па) (криві 2, 3 на Фіг.2.). лінійно залежать від потужності, що вноситься в При меншому парціальному тиску парів брому, розряд лампи. який знаходився у межах 50-100Па розряд горів в При тисках парів брому в лампі 100-400Па і аномальному режимі, при якому з збільшенням середніх стр умах в межах 10-50мА спостерігалися середнього струму зростає спад напруга на розколивання розрядного струму і випромінювання рядному проміжку. При збільшенні парціального лампи. Вимірювання нестаціонарних характеристиску і гарів брому від 80 до 400Па потенціал затик проводилося з використанням осцилографа палювання повздовжнього тліючого розраду збіС1-99. Нестаціонарне випромінювання розряду у льшувався від 850 до 1300В, а напруга стійкого спектральному діапазоні 230-400нм реєструвалося горіння (при розрядних струмах 40-60мА) теж збіз допомогою фотопомножувача "Фотон" через опльшувалась від 900 до 1100В. тичний фільтр (УФС-5), який не пропускав випроЕлектрична потужність тліючого розряду знамінювання інфрачервоного і видимого діапазонів ходиться в діапазоні 5-70Вт. При збільшенні розспектру. Осцилограми розрядного струму і сумаррядного струму та парціального тиску парів брому ної інтенсивності випромінювання плазми на суміпотужність, яка вносилась в плазму, зростала. ші гелій-бром з складом 530-400Па при середньоНа Фіг.3, 4 наведено типові спектри випроміму струмі 50мА приведені на Фіг.7, 8. Частота нюванні лампи, яка працювала на робочих суміосциляцій збільшувалась при збільшенні розрядшах гелію і парами брому з складом відповідно ного струму і зменшенні парціального тиску в су530-80 і 530-400Па і середнім струмом розряду міші. При зменшенні вмісту брому в суміші збіль30мА. Спектри нормовані за величиною відносної шується постійна складова струму та інтенсивності спектральної чутливості вакуумного спектрометра, випромінювання. який складався з півметрового вакуумного моноОсновною причиною переходу тліючого розхроматора, фотопомножувача ФЭУ-142 та аналоряду постійного струму в імпульсно-періодичний гової системи реєстрації. самоініційований режим є перерозподіл напружеПри малих парціальних тисках парів брому осності електричного поля за довжиною розрядної новними в спектрі випромінювання лампи були трубки. В цьому випадку механізм розвитку нестійспектральні лінії атома брому 163,3 та 157нм. При кості подібний до механізму формування імпульсів збільшенні парціального тиску парів брому вище Трічела у коронному розряді [5]. У короткому тліюза 100-150 Па, інтенсивність випромінювання спечому розряді, міжелектродна віддаль у якому ктральних ліній атома брому зменшувалася пракскладала 2-4см, такий режим роботи лампи детатично до нуля, а у самому спектрі формується кольно досліджувався нами на прикладі робочих нтинуум з досить різкими границями при 165 і середовищ на основі молекул хлору, хлорвмісних 290нм. Цей континуум утворюється на основі смуг молекул (фреон-12) та елегазу [6-8]. молекул брому з максимумами при 170-185нм на Короткохвильова газорозрядна галогенна лаН-Х переході, 185-210нм на G-X переході, 207мпа низького тиску, випромінює в спектральному 222нм іона двохатомної молекули брому на Е-А діапазоні 157-300нм, представляє інтерес для запереході, 156-300нм та 267-295нм молекули брому стосування в якості бактерицидної, а також може на Σ-Χ переході та 280-295нм молекули брому на використовува тися в фотохімії, мікроелектроніці, D'-A' переході. медицині і екології. Смуги випромінювання молекули брому та її Джерела інформації: однозарядного іона значно уширені при малій 1. Tarasenko V.F., Panchenko A.M, Skakun V.S., щільності розрядної плазми, що сприяє формуSosnin E.A., Wang F.T., Myers B.R, Adamson M.G. ванню єдиного континууму в короткохвильовій Powerful glow discharge excilamp // Patent USA, області спектру. №6376072 B1. На Фіг.5 наведені, для порівняння залежності 2. Lomaev M.I., Tarasenko V.F. Xe(He)-J2 glow інтенсивності випромінювання спектральної лінії and capacitive discharge excilamps // International атома брому 163,3нм від величини електричної Соnfеrеncе on Atomic and Molecular Pulsed Lasers потужності тліючого розряду в суміші гелій-бром з IV, Proceeding of SPIE. 2002, Vol.4747. P.390-398. складом 530-80Па (1) і в чистих парах брому при їх (Прототип) тиску 80Па (2). На слабострумовій стадії тліючого 3. Von С Sonntag // "Disinfection wich UV radiaрозряду більш ефективною є лампа на чистих паtion", in Process Technologies for Water Treatment, рах брому. При переході тліючого розряду у сильS. Stucki, Ed New. York: Plenum Press, 1987. нострумову стадію, коли в плазму вноситься поту4. Шуаибов А.К., Шимон Л.Л., Дащенко А.И., жність на рівні 40-50Вт, ефективність Шевера И.В. Эксимерный излучатель низкого даввипромінювання лампи, яка працює на суміші геления для спектральной области 170-310нм // лію з бромом, вища ніж лампи на чистих парах Приборы и техника эксперимента. 2002. №1, с.1-4брому. 106. 7 85231 8 5. Peres I. and Pichford L.C. Current pulses in dc периодического разряда низкого давления на смеglov discharges in elekronegative gas mixtures // си криптона и фреона-12 // Оптика и спектроскоJournal. Appl. Phys. 1995. V.78. №2, P.774-782. пия. 2003. Т.95. №3. С.360-363. 6. Шуаибов А.К., Да щенко А.И., Шевера И.В. 8. Шуаибов А.К., Да щенко А.И., Шевера И.В. Самоинициирующийся импульсно-периодический Характеристики самоинициирующегося импульсизлучатель на молекулах хлора и хлорида криптоно-периодического разряда в смеси крипна // Приборы и техника эксперимента. 2003. №2. тон/элегаз // Приборы и техника эксперимента. С.78-82. 2003. №2. С.78-82. 7. Шуаибов А.К., Шевера И.В., Дащенко А.И. Оптические характеристики импульсно 9 85231 10 11 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 85231 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601