Ультрафіолетова газорозрядна лампа тліючого розряду з рідинним катодом

Реферат: Ультрафіолетова газорозрядна лампа з рідинним катодом містить металевий анод та рідинний катод, джерело постійної високої напруги, баластний опір і робочу газову суміш повітря та парів води. Для формування плазми, що випромінює в неканцерогенній ультрафіолетовій ділянці спектра, використано неперервний тліючий розряд атмосферного тиску з рідким катодом та металевим анодом, який запалюється в газовій суміші повітря та пари води при атмосферному тиску, при цьому діапазон довжин хвиль випромінювача знаходиться при 275-400 нм, основними робочими хвилями випромінювання лампи є молекулярна смуга гідроксилу з 2 2 максимумом при довжині ОН 306,4 нм Σ→ П (0;0) та смуга випромінювання азоту N2 337,1 нм 3 3 П→ П (0;0); максимальна потужність випромінювання складає 35 Вт, максимальна середня потужність випромінювача - 87,5 мВт; коефіцієнт корисної дії випромінювача на молекулах азоту і радикалах гідроксилу не перевищує 0.25 %. UA 88219 U (54) УЛЬТРАФІОЛЕТОВА ГАЗОРОЗРЯДНА ЛАМПА ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ З РІДИННИМ КАТОДОМ UA 88219 U UA 88219 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до фізики низькотемпературної плазми та світлотехніки. Може застосовуватися у мікроелектроніці, наноелектроніці, фотохімії і фотомедицині. Відома газорозрядна, ультрафіолетова лампа низького тиску на основі смуги випромінювання молекули гідроксилу з максимумом при 306,4 нм і збудженням робочої суміші на основі пари води тліючим розрядом постійного струму [1]. Використовувалась кварцова розрядна трубка радіусом 1 см і довжиною 10 см. Розряд запалювався в інертних газах при тисках в діапазоні 0,39-3,99 кПа, до яких додавали радикали гідроксилу. При вище наведених розрядних умовах у спектрах випромінювання газорозрядної плазми у видимій та ультрафіолетовій областях переважала смуга молекули гідроксилу з довжиною хвилі 306,4 нм. Недоліком цієї лампи були взаємодія плазми з відкритими електродами, що знижувало ресурс роботи випромінювача в газостатичних умовах, а також вузький спектральний діапазон випромінювання, при якому її спектральні характеристики обмежувались лише областю смуги 306 нм гідроксилу. Найбільш близькою до запропонованої ультрафіолетової лампи на парі води є лампа з двома діелектричними бар'єрами, яка працювала на сумішах підвищеного тиску аргона з парою води і випромінювала на смузі гідроксилу з максимумом при 309,2 нм [2]. Збудження розряду відбувалось імпульсами напруги в формі меандру з тривалістю 1,5 мкс, амплітудою до 5 кВ і частотою слідування в діапазоні 26-96 кГц. Оптимальний парціальний тиск пари води складав близько 1,3 мм рт. ст., а аргону - 200-350 мм рт. ст. Максимальна потужність ультрафіолетового випромінювання лампи досягала 1,1 Вт, а коефіцієнт корисної дії - 0,45 %. Основним недоліком цієї лампи є обмежений спектральний діапазон неканцерогенного випромінювання та неможливість її роботи в стаціонарних умовах збудження. В основу корисної моделі поставлена задача створення ультрафіолетової, екологічно безпечної лампи на основі тліючого розряду атмосферного тиску з рідинним катодом на суміші пари води з повітрям, яка б мала високий ресурс роботи, оскільки рідинний електрод після розпорошення самовідновлюється при роботі в газостатичних умовах. Поставлена задача вирішується таким чином, що ультрафіолетова газорозрядна лампа з рідинним катодом, яка містить металевий анод та рідинний катод, джерело постійної високої напруги, баластний опір і робочу газову суміш повітря та парів води, яка відрізняється тим, що для формування плазми, що випромінює в неканцерогенній ультрафіолетовій ділянці спектра, використано неперервний тліючий розряд атмосферного тиску з рідким катодом та металевим анодом, який запалюється в газовій суміші повітря та пари води при атмосферному тиску, при цьому діапазон довжин хвиль випромінювача знаходиться при 275-400 нм, основними робочими хвилями випромінювання лампи є молекулярна смуга гідроксилу з максимумом при довжині ОН 2 2 3 3 306,4 нм Σ→ П (0;0) та смуга випромінювання азоту N2 337,1 нм П→ П (0;0); максимальна потужність випромінювання складає 35 Вт, максимальна середня потужність випромінювача 87,5 мВт; коефіцієнт корисної дії випромінювача на молекулах азоту і радикалах гідроксилу не перевищує 0.25 %. Перевагами даної ультрафіолетової лампи є її екологічність на відміну від ртутних люмінесцентних джерел світла, широкий діапазон випромінювання, неперервний режим роботи та дешевизна робочої суміші. Ультрафіолетова газорозрядна лампа тліючого розряду з рідинним катодом на основі суміші пари води зповітрям у діапазоні спектра 275-400 нм може бути альтернативою лампі на хлориді ксенону з довжиною хвилі випромінювання в області 308-310 нм, в якій наявне агресивне робоче середовище на основі молекул хлору, що обмежує ресурс їх роботи. Крім цього лампа на хлориді ксенону містить коштовний інертний газ - ксенон, що збільшує вартість лампи, технологію робіт з нею. Важливою перевагою цієї лампи є використання пари води з повітрям при атмосферному тиску, що приводить до розширення діапазону випромінювання, а застосування для збудження тліючого розряду спрощує вимоги до джерел живлення. Ультрафіолетова газорозрядна лампа тліючого розряду з рідинним катодом на суміші повітря з парою води може використовуватись у медицині (для лікування псоріазу, вітіліго, екзем, атопіричних дерматитів та грибкових захворювань шкіри людини), для знезараження поверхонь через прояв бактерицидних та фунгіцидних властивостей, в сільському господарстві та харчовій промисловості для стерилізації та обробки продуктів харчування, у високошвидкісних поліграфічних машинах для офсетного друку, де під дією її випромінювання відбувається сушка полімерних фарб. На Фіг. 1 наведено конструкцію ультрафіолетової газорозрядної лампи тліючого розряду з рідинним катодом на суміші повітря з парою води: 1 - кварцова трубка, 2 - втулка із 1 UA 88219 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 фторопласта, 3 - катодна пластина з нержавіючої сталі, 4 - голковий анод із нержавіючої сталі, 5 - плазма розряду. Лампа складається з кварцової трубки діаметром 30 мм і висотою Н=50 мм (кварц марки KB, не пропускає жорстке ультрафіолетове випромінювання довжиною хвилі λ≤270 нм). Голковий анод (А) і металева пластина (К) встановлювалися у фторопластових втулках, які герметизували розрядний об'єм. Пластина К знаходилась в дистильованій воді, так, щоб її поверхня могла встановлюватися на різних відстанях від поверхні води (h=1,5-7,5 мм). Міжелектродна відстань змінювалась в діапазоні d=2-10 мм. На анод через баластний опір подавалася напруга додатної полярності, а електрод - К заземлявся, струм разряду змінювався в діапазоні 1-50 мА. На Фіг. 2 представлено світлини розряду, які одержані при різних значеннях струму і оптимальних значеннях величин d=2-3 мм та h=6-8 мм. Значна інтенсивність випромінювання газорозрядної плазми атмосферного тиску і її висока просторова однорідність спостерігались, починаючи із струмів І=20-22 мА. Збільшення струму розряду призводило до переходу від конусоподібного свічення розрядного об'єму до еліпсоїдального. На Фіг. 3.а представлено спектральні характеристики лампи, які реєструвались при d=8 мм. В спектрах випромінювання лампи найбільш інтенсивними були смуги другої позитивної системи молекули азоту, серед яких переважала смуга 337,1 нм N2(C-B; 0-0) та широка нерозділена смуга в спектральному діапазоні 303-316 нм, пов'язана з випромінюванням продуктів деструкції молекул води чи малих кластерів води. Більш короткохвильове 2 2 випромінювання розряду (наприклад 247,8 нм NO ( Σ→ П) відсікалось колбою випромінювача, яка виготовлена з кварцу, непрозорого в спектральному діапазоні 190-270 нм (хоча випромінювання смуг NO добре спостерігалось при виготовленні колби випромінювача з кварцу марки КУ). Збільшення струму від 12 Фіг. 3.а до 32 мА Фіг. 3.б призводило до перерозподілу інтенсивності випромінювання смуг продуктів деструкції води, що проявилось у зміщенні максимумів інтенсивності окремих смуг у довгохвильову область спектра (Фіг. 3.б). Така поведінка випромінювання в цьому спектральну діапазоні, пов'язано із збільшенням густини пари води при більших струмах тліючого розряду. Випромінювання плазми в спектральному діапазоні 303-316 нм може бути інтерпретовано як випромінювання малих кластерів на основі * гідроксильної групи (ОНn , де n≥2). На Фіг. 4 представлені вольт-амперні характеристики тліючого розряду атмосферного тиску при міжелектродних відстанях: l-d=1; 2-3; 3-5 i 4-7 мм. Напруга запалювання розряду між голковим електродом і дистильованою водою становила ~ 10 кВ. Після запалювання розряду робочі значення напруги горіння розряду складали U