RU119521U1

RU119521U1 - DISCHARGE SOURCE OF RADIATION

Info

Publication number: RU119521U1
Application number: RU2012112729/07U
Authority: RU
Inventors: Виктор Федорович Тарасенко; Дмитрий Владимирович Шитц; Виктор Семенович Скакун
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2012-08-20

Abstract

1. Газоразрядный источник излучения в оптическом диапазоне длин волн, содержащий колбу, образованную двумя соосными трубками разного диаметра из диэлектрика и заполненную газовой смесью или одним газом, с плоским выходным окном, установленным в торце трубки большего диаметра, два цилиндрических электрода, размещенные на внешних поверхностях трубок, и импульсный источник питания, подключенный к этим электродам, отличающийся тем, что трубки расположены друг за другом и соединены между собой переходом. ! 2. Газоразрядный источник излучения по п.1, отличающийся тем, что электрод, размещенный на трубке меньшего диаметра, охватывает переход к трубке большего диаметра. 1. Gas-discharge radiation source in the optical wavelength range, containing a flask formed by two coaxial tubes of different diameters from a dielectric and filled with a gas mixture or one gas, with a flat exit window installed at the end of the tube of a larger diameter, two cylindrical electrodes located on the outer surfaces tubes, and a switching power supply connected to these electrodes, characterized in that the tubes are located one behind the other and are interconnected by a transition. ! 2. Gas-discharge radiation source according to claim 1, characterized in that the electrode located on the tube of a smaller diameter covers the transition to the tube of a larger diameter.

Description

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности, к лампам емкостного и барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул и может быть использована в различных областях науки и техники, в частности, в медицине и в фотохимии.The utility model relates to gas-discharge radiation sources, in particular, to capacitive and barrier discharge lamps emitting at transitions of excimer and exciplex molecules and can be used in various fields of science and technology, in particular, in medicine and in photochemistry.

Традиционно в лампах емкостного разряда разряд зажигается в цилиндрической колбе между двумя электродами, расположенными на поверхности, и представляет собой столб плазмы, расположенный по оси колбы от одного электрода до второго [2]. Излучение лампы емкостного разряда распространяется радиально во все стороны, и для эффективного облучения плоского объекта необходимо использовать рефлектор. Получение однородного распределения интенсивности падающего излучения на плоский объект является сложной задачей, где необходимо использовать рефлектор сложной конструкции.Traditionally, in capacitive discharge lamps, a discharge is ignited in a cylindrical bulb between two electrodes located on the surface, and is a column of plasma located along the axis of the bulb from one electrode to the second [2]. The radiation of a capacitive discharge lamp propagates radially in all directions, and for the effective irradiation of a flat object it is necessary to use a reflector. Obtaining a uniform distribution of the intensity of the incident radiation on a flat object is a difficult task, where it is necessary to use a reflector of complex design.

В лампах барьерного разряда излучение выводится также радиально сквозь перфорированный электрод [1]. Однако этого недостатка лишена лампа барьерного разряда, содержащая колбу, образованную диэлектрическими трубками, с размещенными на них цилиндрическими протяженными электродами-отражателями, образующими разрядный промежуток, выходное окно и импульсный источник питания [3]. В этой конструкции лампы диэлектрические трубки расположены соосно и соединены в торце внешней трубки выходным окном, а противоположный конец внутренней трубки заглушен, при этом дополнительно в разрядный промежуток введена диэлектрическая трубка. При такой конструкции газовый разряд концентрировался около выходного окна и обеспечивал максимальный выход оптического излучения.In barrier discharge lamps, radiation is also radially output through a perforated electrode [1]. However, a barrier discharge lamp containing a bulb formed by dielectric tubes with cylindrical extended reflector electrodes placed on them forming a discharge gap, an output window, and a pulsed power supply is devoid of this drawback [3]. In this lamp design, the dielectric tubes are aligned and connected at the end of the outer tube by the exit window, and the opposite end of the inner tube is plugged, and a dielectric tube is further introduced into the discharge gap. With this design, the gas discharge was concentrated near the exit window and provided the maximum output of optical radiation.

Описываемый в [3] газоразрядный источник излучения является наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату, однако он имеет существенный недостаток - сложность конструкции. Также в такой конструкции благодаря протеканию разряда только около торца внутренней трубки распределение интенсивности по поверхности окна не однородно.The gas-discharge radiation source described in [3] is the closest to the claimed utility model in terms of technical nature and the achieved result, but it has a significant drawback - the design complexity. Also in this design, due to the discharge flowing only near the end of the inner tube, the intensity distribution over the window surface is not uniform.

Таким образом, среди существующих источников излучения на основе барьерного и емкостного разряда не существует простого устройства с хорошей однородностью распределение интенсивности излучения по поверхности выходного окна, которое не покрыто перфорированным электродом, что важно, например, при использовании в медицинских целях.Thus, among the existing radiation sources based on the barrier and capacitive discharge, there is no simple device with good uniformity in the distribution of the radiation intensity over the surface of the output window, which is not covered with a perforated electrode, which is important, for example, when used for medical purposes.

Задачей полезной модели является получение однородно распределенного по интенсивности излучения, выводимое через выходное окно и продуцированное электрическим разрядом в газе с помощью простого устройства.The objective of the utility model is to obtain radiation uniformly distributed in intensity, output through the exit window and produced by an electric discharge in the gas using a simple device.

Указанная задача достигается тем, что газоразрядный источник излучения содержит колбу, образованную двумя соосными трубками разного диаметра из диэлектрика, и заполненную газовой смесью или одним газом, с плоским выходным окном, установленном в торце трубки большего диаметра, и два цилиндрических электрода, размещенные на внешних поверхностях трубок, и импульсный источник питания, подключенный к этим электродам. Согласно полезной модели, цилиндрические трубки расположены за другом соосно и соединены между собой.This problem is achieved in that the gas-discharge radiation source contains a flask formed by two coaxial tubes of different diameters from the dielectric, and filled with a gas mixture or one gas, with a flat exit window installed at the end of the tube of a larger diameter, and two cylindrical electrodes placed on external surfaces tubes, and a switching power supply connected to these electrodes. According to a utility model, cylindrical tubes are arranged coaxially behind the other and interconnected.

Кроме того, электрод, размещенный на трубке меньшего диаметра, может охватывать и переход к трубке большего диаметра, тем самым увеличивать емкость этого электрода, что дает возможность не увеличивая частоту и амплитуду импульсов возбуждения, вложить большую мощность в разряд и получить большую мощность оптического излучения. Набегающий на переход электрод может частично выполнять функцию отражателя оптического излучения сторону окна.In addition, an electrode placed on a tube of a smaller diameter can also cover the transition to a tube of a larger diameter, thereby increasing the capacitance of this electrode, which makes it possible to increase the power and discharge of optical radiation without increasing the frequency and amplitude of the excitation pulses. The electrode incident on the transition can partially serve as a reflector of optical radiation to the side of the window.

При такой простой конструкции путем изменения мощности возбуждения лампы за счет изменения амплитуды и часты импульсов, есть возможность регулировки как суммарной по выходному окну мощности излучения, так и распределения интенсивности по поверхности выходного окна. Это происходит благодаря изменению плотности газоразрядной плазмы, как на оси, так и на периферии лапы.With such a simple design, by changing the excitation power of the lamp by changing the amplitude and frequency of the pulses, it is possible to adjust both the total radiation power over the output window and the intensity distribution over the surface of the output window. This is due to a change in the density of the gas-discharge plasma, both on the axis and on the periphery of the paw.

На фиг.1 изображен газоразрядный источник излучения.Figure 1 shows a gas discharge source of radiation.

Колба источника излучения выполнена из разного диаметра диэлектрических соосных трубок 1, 2, соединенных переходом 3, и выходного окна 4, прозрачного на рабочей длине волны. В полости колбы содержится газовая среда 5. На наружных поверхностях трубок 1 и 2 размещены металлические электроды 6 и 7, соединенные с источником питания. Металлический электрод 6 может в некоторой степени набегать на переход 3, этим самым, увеличивать емкость электрода 6 и частично выполнять функцию отражателя оптического излучения 8 сторону окна 4.The flask of the radiation source is made of different diameters of the coaxial dielectric tubes 1, 2 connected by the junction 3, and the output window 4, transparent at the working wavelength. In the cavity of the flask contains a gas medium 5. On the outer surfaces of the tubes 1 and 2 placed metal electrodes 6 and 7, connected to a power source. The metal electrode 6 can, to some extent, run onto the transition 3, thereby increasing the capacity of the electrode 6 and partially fulfill the function of an optical radiation reflector 8 to the side of the window 4.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении источника питания на электроды 1 и 6 подаются импульсы напряжения, происходит зажигание емкостного разряда 4 в рабочем газе и продуцирование излучения 8 через выходное окно 7. Разряд 4 представляет собой плазменный столб, который начинается в трубке 2 и заканчивается, расширяясь в трубке 6. Исходя из оптимальных параметров смеси газов, его давления и параметров импульсов возбуждения газа достигается высокая однородность интенсивности излучения по выходному окну.When the power source is turned on, voltage pulses are applied to the electrodes 1 and 6, the capacitive discharge 4 is ignited in the working gas and the radiation 8 is produced through the output window 7. The discharge 4 is a plasma column that starts in the tube 2 and ends, expanding in the tube 6. Based on the optimal parameters of the gas mixture, its pressure and the parameters of the gas excitation pulses, a high uniformity of the radiation intensity over the output window is achieved.

Пример конкретного выполнения заявляемой полезной модели.An example of a specific implementation of the claimed utility model.

Колба источника излучения была изготовлена из кварцевой трубки 1 диаметром 32 мм и длиной 32 мм, кварцевой трубки 6 диаметром 40 мм и длиной 38 мм и переходом 3 из кварца длиной 17 мм. Трубка 6 заканчивалась с торца выходным окном 7. С другой стороны колбы трубка 1 заглушается с торца. Колба была заполнена смесью газов Xe и Cl₂ в соотношении 50/1 при общем давлении 16 мм рт.ст. На электроды от источника питания подавалось напряжение в форме коротких импульсов с частотой от 20 до 100 кГц, что обеспечивало плотность мощности ультрафиолетового излучения на выходном окне от 6 до 23 мВт/см². Устройство излучало полосу эксиплексной молекулы XeCl* с шириной на полувысоте 12 нм. Мощность возбуждения лампы варьировалась путем изменения амплитуды и часты импульсов, при этом менялось как суммарная по выходному окну мощность излучения, так и распределение интенсивности по поверхности выходного окна.The flask of the radiation source was made of quartz tube 1 with a diameter of 32 mm and a length of 32 mm, quartz tube 6 with a diameter of 40 mm and a length of 38 mm and a transition 3 of quartz with a length of 17 mm. The tube 6 ended at the end with the exit window 7. On the other side of the bulb, the tube 1 was plugged from the end. The flask was filled with a mixture of Xe and Cl ₂ gases in a ratio of 50/1 at a total pressure of 16 mm Hg. The electrodes from the power source were supplied with voltage in the form of short pulses with a frequency from 20 to 100 kHz, which ensured the power density of ultraviolet radiation at the output window from 6 to 23 mW / cm ² . The device emitted a band of an XeCl * exciplex molecule with a width at half maximum 12 nm. The excitation power of the lamp was varied by changing the amplitude and frequency of the pulses, while both the total radiation power over the output window and the intensity distribution over the surface of the output window changed.

Возможность изменения распределения интенсивности по поверхности выходного окна (от 5 на периферии и 23 мВт/см² в центре до 17 на периферии и 19 мВт/см² в центре) является очень важной для медицинских приложений, в частности для лечения кожных заболеваний, где необходимо облучать участки кожи разного размера.The ability to change the intensity distribution over the surface of the exit window (from 5 at the periphery and 23 mW / cm ² in the center to 17 at the periphery and 19 mW / cm ² in the center) is very important for medical applications, in particular for the treatment of skin diseases where it is necessary irradiate skin areas of different sizes.

Таким образом, исследования источника излучения показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения [3] источник обеспечивает однородность распределения интенсивности оптического излучения по выходному окну, является конструктивно более простым.Thus, studies of the radiation source showed that, in comparison with a device of a similar purpose [3], the source provides a uniform distribution of the intensity of optical radiation over the output window, is structurally simpler.

В силу перечисленных выше свойств описываемый газоразрядный источник излучения может использоваться в медицинских приложениях, в частности, для лечения кожных заболеваний, как портативный УФ облучатель. Дополнительно важным свойством от других аналогов [4] описываемый газоразрядный источник излучения не содержит перфорированного электрода на выходном окне, а это значит, что выходное окно будет легко дезинфицировать.Due to the above properties, the described gas-discharge radiation source can be used in medical applications, in particular, for the treatment of skin diseases, as a portable UV irradiator. An additional important property of other analogues [4], the described gas-discharge radiation source does not contain a perforated electrode on the output window, which means that the output window will be easily disinfected.

Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:

1. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы - эффективные источники спонтанного УФ и ВУФ излучения // Успехи физических наук. - 2003, - Т.173. - №2. - С.201-217.1. Lomaev M.I., Skakun B.C., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Schitz D.V., Erofeev M.V. Excilamps are effective sources of spontaneous UV and VUV radiation // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. - 2003, - T.173. - No. 2. - S.201-217.

2. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Эксилампы емкостного разряда // Приборы и техника эксперимента. - 2002. - №6. - С.118-119.2. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Tarasenko V.F., Schitz D.V. Excilamps of a capacitive discharge // Instruments and experimental technique. - 2002. - No. 6. - S.118-119.

3. Тарасенко В.Ф., Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Шитц Д.В., Соснин Э.А. Лампа для получения импульсов излучения в оптическом диапазоне спектра // Патент RU 2195044 C2. Приоритет 01.02.2001. Рег. 20.12.2002. Опубл. 20.12.02 Бюл. 35.3. Tarasenko V.F., Erofeev M.V., Lomaev M.I., Schitz D.V., Sosnin E.A. A lamp for receiving radiation pulses in the optical spectrum // Patent RU 2195044 C2. Priority 02/01/2001. Reg. 12/20/2002. Publ. 12/20/02 Bull. 35.

4. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф., Скакун B.C., Шитц Д.В., Ломаев М.И., Тибаут М., Лаурент М. Источник излучения // Патент RU 2271590 C2. Приоритет 15.03.2005. Опубл. 10.03.2006. Бюл. 7.4. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Tarasenko V.F., Skakun BC, Schitz D.V., Lomaev M.I., Tibaut M., Laurent M. Radiation source // Patent RU 2271590 C2 . Priority March 15, 2005. Publ. 03/10/2006. Bull. 7.

Claims

1. A gas-discharge source of radiation in the optical wavelength range, containing a flask formed by two coaxial tubes of different diameters from a dielectric and filled with a gas mixture or one gas, with a flat exit window mounted at the end of the tube of a larger diameter, two cylindrical electrodes placed on external surfaces tubes, and a switching power supply connected to these electrodes, characterized in that the tubes are arranged one after another and are interconnected by a junction.

2. A gas-discharge radiation source according to claim 1, characterized in that the electrode placed on a tube of a smaller diameter covers the transition to a tube of a larger diameter.