RU142572U1

RU142572U1 - PORTABLE SOURCE OF RADIATION

Info

Publication number: RU142572U1
Application number: RU2014104340/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Шитц
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2014-06-27

Abstract

Источник излучения, содержащий колбу с газовой средой, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки и состоит из перфорированного сегмента и сплошного отражающего, где высоковольтный электрод выполнен так, что часть его поверхности прилегает к внутренней стенке напротив перфорированного сегмента электрода, отличающийся тем, что на электроды колбы подаются импульсы напряжения чередующейся полярности.A radiation source containing a flask with a gas medium formed by two coaxial cylindrical tubes of material transparent at the working wavelength, a power source with electrodes, a high-voltage electrode of which is located in the inner tube of the flask, and a grounded electrode on the surface of the outer tube and consists of a perforated segment and solid reflecting, where the high-voltage electrode is made so that part of its surface is adjacent to the inner wall opposite the perforated segment of the electrode, I distinguish iysya fact that the bulb electrodes are fed voltage pulses of alternating polarity.

Description

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, а именно к лампам барьерного разряда, в частности, излучающим на переходах эксимерных или эксиплексных молекул [1]. Источники такого типа могут быть применены в различных областях науки и техники, например в фотохимии, фотолитографии и в медицине [2, 3].The utility model relates to gas-discharge radiation sources, namely to barrier discharge lamps, in particular, emitting at the transitions of excimer or exciplex molecules [1]. Sources of this type can be applied in various fields of science and technology, for example, in photochemistry, photolithography, and medicine [2, 3].

Известные портативные источники излучения содержат излучатель и источник питания, помещенные в корпус. Для вывода излучения от излучателя в корпусе имеется окно. Источник излучения может дополнительно содержать нагнетатель воздуха для охлаждения излучателя и источника питания потоком воздуха.Known portable radiation sources comprise an emitter and a power source housed in a housing. To output radiation from the emitter in the housing there is a window. The radiation source may further comprise an air blower for cooling the radiator and the power source by the air stream.

Существуют источники излучения [3, 4], где излучатель состоит из кварцевой колбы, выполненной из диэлектрических коаксиальных трубок разного диаметра, вставленных друг в друга коаксиально и спаянных на торцах, образующих разрядный промежуток, заполненный рабочей газовой смесью. На внешнюю поверхность трубки большего диаметра помещается перфорированный металлический электрод, а на внутреннюю поверхность трубки меньшего диаметра - сплошной металлический электрод.There are radiation sources [3, 4], where the emitter consists of a quartz flask made of coaxial dielectric tubes of different diameters inserted coaxially into each other and soldered at the ends, forming a discharge gap filled with a working gas mixture. A perforated metal electrode is placed on the outer surface of the tube of larger diameter, and a solid metal electrode is placed on the inner surface of the tube of smaller diameter.

Данные устройства работают следующим образом. При подаче на электроды однополярных импульсов напряжения происходит зажигание разряда в рабочем газе, а излучение, продуцируемое этим разрядом, выводится через перфорированный электрод.These devices work as follows. When applying unipolar voltage pulses to the electrodes, a discharge is ignited in the working gas, and the radiation produced by this discharge is output through a perforated electrode.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому источнику излучения является источник излучения [5], выбранный в качестве прототипа, который содержит разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки и состоит из перфорированного сегмента и сплошного отражающего, где высоковольтный электрод выполнен так, что часть его поверхности прилегает к внутренней стенке напротив перфорированного сегмента электрода. Все элементы источника излучения, располагаются в корпусе с окном для вывода излучения.The closest in technical essence to the claimed radiation source is a radiation source [5], selected as a prototype, which contains a discharge flask with a gaseous medium formed by two coaxial cylindrical tubes of material transparent at the working wavelength, a power source with electrodes, the high-voltage electrode of which located in the inner tube of the bulb, and the grounded electrode on the surface of the outer tube and consists of a perforated segment and a solid reflective, where high-voltage The th electrode is made so that part of its surface abuts against the inner wall opposite the perforated segment of the electrode. All elements of the radiation source are located in a housing with a window for radiation output.

На фиг. 1. изображена эквивалентная схема лампы барьерного разряда, где U - напряжение на электродах лампы, C_д - емкость диэлектрического барьера, C_г - емкость газового промежутка, R_г - сопротивление газоразрядной плазмы.In FIG. 1. An equivalent circuit of a barrier discharge lamp is shown, where U is the voltage at the electrodes of the lamp, C _d is the capacitance of the dielectric barrier, C _g is the capacitance of the gas gap, R _g is the resistance of the gas discharge plasma.

Для получения максимальной мощности возбуждения газовой среды, необходимо обеспечить максимальное напряжение на конденсаторе C_г, которое образуется как:To obtain the maximum excitation power of the gas medium, it is necessary to provide the maximum voltage across the capacitor C _g , which is formed as:

где 2U_д(t) - напряжение на диэлектрических барьерах.where 2U _d (t) is the voltage at the dielectric barriers.

Поскольку напряжение погасание заряда не равно нулю, то между импульсами, когда разряд не горит, емкость барьеров C_д останется заряженной с остаточным напряжением U_{д ост.} той же полярностью, что напряжение последнего импульса.Since the voltage of the extinction of the charge is not equal to zero, between pulses, when the discharge is not lit, the barrier capacitance C _d will remain charged with a residual voltage U _{d rest.} the same polarity as the voltage of the last pulse.

При питании лампы барьерного разряда импульсами напряжения одной полярности напряжение U_{д ост.}(t) имеет ту же полярность, что и U(t). При питании лампы барьерного разряда импульсами напряжения чередующейся полярности напряжение U_{д отс.}(t) имеет противоположную полярность напряжению U(t) и соотношение (1) имеет вид:When a barrier discharge lamp is powered by voltage pulses of the same polarity, the voltage U _{d ost.} (t) has the same polarity as U (t). When a barrier discharge lamp is powered by voltage pulses of alternating polarity, the voltage U _{d s} (t) has the opposite polarity to the voltage U (t) and relation (1) has the form:

Если сравнивать эти два режима питания лампы, максимальные амплитуды U_г(t) будут реализованы, когда лампа барьерного разряда будет возбуждаться импульсами напряжения чередующейся полярности, а это значит, что рабочая амплитуда импульсов потребуется ниже, чем при однополярном возбуждении при прочих равных условиях.If we compare these two lamp power modes, the maximum amplitudes U _g (t) will be realized when the barrier discharge lamp is excited by alternating polarity voltage pulses, which means that the working pulse amplitude will be required lower than with unipolar excitation, all other things being equal.

Недостатком этого устройства (прототипа) является питание лампы барьерного разряда импульсами одной полярности.The disadvantage of this device (prototype) is the power supply of the lamp barrier discharge by pulses of the same polarity.

Задачей заявляемой полезной модели является увеличение эффективности источника питания и устройства «лампа с источником питания» в целом.The objective of the claimed utility model is to increase the efficiency of the power source and the device "lamp with power source" in General.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве «портативный источник излучения», содержащем колбу с газовой средой, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки и состоит из перфорированного сегмента и сплошного отражающего, где высоковольтный электрод выполнен так, что часть его поверхности прилегает к внутренней стенке напротив перфорированного сегмента электрода, согласно полезной модели, на электроды колбы подаются импульсы напряжения чередующейся полярности.The problem is solved in that in the device "portable radiation source" containing a flask with a gas medium formed by two coaxial cylindrical tubes of transparent material at the working wavelength, a power source with electrodes, a high-voltage electrode of which is located in the inner tube of the flask, and a grounded electrode - on the surface of the outer tube and consists of a perforated segment and a continuous reflective, where the high-voltage electrode is made so that part of its surface is adjacent to the inner s wall opposite the perforated electrode segment according to the utility model, are fed to the bulb electrodes voltage pulses of alternating polarity.

А именно, в заявленной полезной модели, при применении питания лампы барьерного разряда импульсами чередующейся полярности, емкость на диэлектрических барьерах оказывается частично заряженной от предыдущего импульса U_{д ост.}(t). При появлении на электродах лампы следующего импульса полярности обратной предыдущему напряжение на газовом промежутке лампы складывается, что существенно облегчает газовый пробой в лампе.Namely, in the claimed utility model, when applying a barrier discharge lamp power by pulses of alternating polarity, the capacitance at the dielectric barriers is partially charged from the previous pulse U _{d ost.} (t). When the next polarity pulse opposite to the previous one appears on the lamp electrodes, the voltage in the gas gap of the lamp is added, which greatly facilitates the gas breakdown in the lamp.

То есть, технический эффект достигается за счет применения импульсов возбуждения чередующейся полярности, что обеспечивает перезаряд барьерных емкостей лампы таким образом, что напряжение на газовом промежутке складывается из суммы амплитуды прикладываемого к электродам напряжения и остаточного напряжения на диэлектрическом барьере.That is, the technical effect is achieved through the use of alternating polarity excitation pulses, which ensures the recharge of the lamp barrier capacities in such a way that the voltage across the gas gap is the sum of the amplitude of the voltage applied to the electrodes and the residual voltage across the dielectric barrier.

Для питания лампы барьерного разряда импульсами чередующейся полярности в отличие от прототипа источник питания лампы заявляемой полезной модели выполнен в виде инверторного преобразователя сетевого напряжения, собранного по схеме полного моста.To power a lamp of a barrier discharge with pulses of alternating polarity, unlike the prototype, the lamp power source of the claimed utility model is made in the form of an inverter converter of mains voltage assembled according to the full bridge circuit.

На Фиг 2. показана электрическая схема источника питания лампы барьерного разряда заявляемой полезной модели, где 1 - сетевой выпрямитель, 2-5 - транзисторные ключи, 6 - повышающий трансформатор.Figure 2. shows the electrical circuit of the power source of the lamp of the barrier discharge of the claimed utility model, where 1 is a network rectifier, 2-5 are transistor switches, 6 is a step-up transformer.

Данный источник работает следующим образом. При открывании транзисторных ключей 2 и 5 на вторичной обмотке повышающего трансформатора 6 генерируется импульс одной полярности. После перехода транзисторов 2 и 5 в закрытое состояние открываются транзисторы 3 и 4, а на вторичной обмотке повышающего трансформатора 6 генерируется импульс обратной полярности. Схема управления транзисторов работает таким образом, что на вторичной обмотке повышающего трансформатора 6 генерируются импульсы напряжения чередующейся полярности с паузой между ними.This source works as follows. When opening the transistor switches 2 and 5 on the secondary winding of the step-up transformer 6, a pulse of the same polarity is generated. After the transition of transistors 2 and 5 to the closed state, transistors 3 and 4 open, and a reverse polarity pulse is generated on the secondary winding of the step-up transformer 6. The transistor control circuit operates in such a way that alternating polarity voltage pulses with a pause between them are generated on the secondary winding of the step-up transformer 6.

Экспериментально установлено, что для одной и той же отпаянной лампы барьерного разряда амплитуда импульсов напряжения при однополярном питании составила 4.0 кВ, а при чередующейся полярности импульсов - 3.4 кВ, при этом мощность возбуждения лампы была одинаковой при той же частоте 40 кГц и фиксированной длительности импульсов 2 мкс.It was experimentally established that for the same sealed barrier discharge lamp, the amplitude of the voltage pulses for unipolar power was 4.0 kV, and for alternating pulse polarity it was 3.4 kV, while the lamp excitation power was the same at the same frequency of 40 kHz and a fixed pulse duration of 2 μs

Использование заявляемой полезной модели, где уменьшается амплитуда напряжения импульсов, питающих лампы барьерного разряда, что позволяет снизить коэффициент трансформации высоковольтного трансформатора, и снизить количество витков на высоковольтной обмотке, и в результате уменьшить паразитные емкость и индуктивность последней, а это обеспечивает увеличение КПД источника питания. К тому же снижение амплитуды импульсов возбуждения лампы позволяет использовать изоляцию меньшей толщины, что позволяет минимизировать размеры высоковольтного импульсного трансформатора источника питания и экономить изолирующие и моточные материалы. Также, уменьшение амплитуды импульсов возбуждения газоразрядной лампы барьерного разряда, позволяет уменьшить уровень электромагнитных помех, излучающих импульсным источником питания.The use of the claimed utility model, where the voltage amplitude of the pulses supplying the barrier discharge lamps is reduced, which allows to reduce the transformation coefficient of the high voltage transformer and to reduce the number of turns on the high voltage winding, and as a result to reduce the stray capacitance and inductance of the latter, and this increases the efficiency of the power source. In addition, reducing the amplitude of the lamp excitation pulses allows the use of insulation of a smaller thickness, which minimizes the size of the high-voltage pulse transformer of the power source and saves insulating and coil materials. Also, a decrease in the amplitude of the excitation pulses of a gas discharge lamp of a barrier discharge allows one to reduce the level of electromagnetic interference emitted by a pulsed power source.

Используемая литература:Used Books:

1. Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения. - Томск: STT Publishing, 2011, - 511 с.1. Boychenko A.M., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Sosnin E.A., Tarasenko V.F. Ultraviolet and vacuum-ultraviolet excilamps: physics, technology and applications. - Tomsk: STT Publishing, 2011, - 511 p.

2. М.И. Ломаев, Э.А. Соснин, В.Ф. Тарасенко, Д.В. Шитц, В.С. Скакун, М.В. Ерофеев, А.А. Лисенко Эксилампы барьерного и емкостного разрядов и их применение (обзор) // Приборы и техника эксперимента. - М., 2006. - №5. - С. 5-26.2. M.I. Lomaev, E.A. Sosnin, V.F. Tarasenko D.V. Schitz, V.S. Skakun, M.V. Erofeev, A.A. Lisenko Excilamps of barrier and capacitive discharges and their application (review) // Instruments and experimental technique. - M., 2006. - No. 5. - S. 5-26.

3. Е.А. Соснин, В.Ф. Тарасенко, Д.В. Шитц, В.С. Скакун Патент Ru 2398310 C1. 03.08.2009. - Рег.03.08.09. - Опубл. 27.08.2010. Бюл. №243. E.A. Sosnin, V.F. Tarasenko D.V. Schitz, V.S. Steed Patent Ru 2398310 C1. 08/03/2009. - Reg.03.08.09. - Publ. 08/27/2010. Bull. Number 24

4. М.И. Ломаев, А.А. Лисенко, В.С. Скакун, Д.В. Шитц, В.Ф. Тарасенко Патент Ru 2281581. Приоритет 23.12.2004. - Рег. 23.12.04. - Опубл. 10.08.2006. Бюл. №. 224. M.I. Lomaev, A.A. Lisenko, V.S. Skakun, D.V. Schitz, V.F. Tarasenko Patent Ru 2281581. Priority 12/23/2004. - Reg. 12/23/04. - Publ. 08/10/2006. Bull. No. 22

5. М.В. Ерофеев, М.И. Ломаев, Т. Мерси, Л. Меилхак, В.С. Скакун, Д.В. Шитц, Е.А. Соснин, В.Ф. Тарасенко Патент Ru 2271590. Приоритет 15.03.2005. - Опубл. 10.03.2006. Бюл. №75. M.V. Erofeev, M.I. Lomaev, T. Mercy, L. Meilhak, V.S. Skakun, D.V. Schitz, E.A. Sosnin, V.F. Tarasenko Patent Ru 2271590. Priority 03.15.2005. - Publ. 03/10/2006. Bull. Number 7

http://www.findpatent.ru/patent/227/2271590.htmlhttp://www.findpatent.ru/patent/227/2271590.html

Claims

A radiation source containing a flask with a gas medium formed by two coaxial cylindrical tubes of material transparent at the working wavelength, a power source with electrodes, the high-voltage electrode of which is located in the inner tube of the flask, and the grounded electrode on the surface of the outer tube and consists of a perforated segment and solid reflecting, where the high-voltage electrode is made so that part of its surface is adjacent to the inner wall opposite the perforated segment of the electrode, I distinguish iysya fact that the bulb electrodes are fed voltage pulses of alternating polarity.