RU208591U1

RU208591U1 - UV DISCHARGE LAMP

Info

Publication number: RU208591U1
Application number: RU2020139520U
Authority: RU
Inventors: Игорь Георгиевич Рудой
Original assignee: Игорь Георгиевич Рудой
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2021-12-24

Abstract

Полезная модель относится к источникам света, точнее, к газоразрядным лампам, прежде всего лампам ультрафиолетового диапазона спектра, в том числе эксимерным лампам, и представляет интерес для фотохимии, микроэлектроники, экологических приложений. Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение стоимости газоразрядных ламп ультрафиолетового диапазона, оптимизация спектра их излучения, прежде всего импульсно-периодических ламп на инертных газах (ксеноне), увеличение ресурса их работы. Технический результат достигается тем, что в газоразрядной лампе ультрафиолетового диапазона спектра, включающей возбуждаемую электрическим разрядом газовую смесь, размещенную в замкнутой колбе, непосредственно контактирующий с газовой смесью слой колбы выполнен из поликристаллического оксида алюминия (поликристаллического лейкосапфира). 3 з.п. ф-лы.The utility model relates to light sources, more precisely, to gas-discharge lamps, primarily lamps in the ultraviolet range of the spectrum, including excimer lamps, and is of interest for photochemistry, microelectronics, and environmental applications. The technical result of the claimed utility model is to reduce the cost of gas-discharge lamps in the ultraviolet range, optimize their emission spectrum, primarily repetitively pulsed inert gas (xenon) lamps, and increase their service life. The technical result is achieved by the fact that in a gas-discharge lamp of the ultraviolet range of the spectrum, including a gas mixture excited by an electric discharge, placed in a closed bulb, the layer of the bulb in direct contact with the gas mixture is made of polycrystalline aluminum oxide (polycrystalline leucosapphire). 3 w.p. f-ly.

Description

Заявляемое техническое решение относится к источникам света, точнее, к газоразрядным лампам, прежде всего импульсным и импульсно-периодическим газоразрядным лампам ультрафиолетового диапазона спектра высокой интенсивности и представляет интерес для фотохимии, микроэлектроники, экологических приложений.The claimed technical solution relates to light sources, more precisely, to gas-discharge lamps, primarily pulsed and repetitively pulsed gas-discharge lamps of the ultraviolet range of the high-intensity spectrum and is of interest for photochemistry, microelectronics, and environmental applications.

Источники ультрафиолетового излучения широко используются в задачах фотохимии, спектроскопии и экологических приложениях, прежде всего в устройствах бактерицидной обработки (стерилизации) воды и воздуха. Для решения последней задачи предпочтительно излучение в диапазоне 220÷290 (200÷300) нм, соответствующем максимальной эффективности инактивации бактерий, спор и вирусов.Sources of ultraviolet radiation are widely used in photochemistry, spectroscopy, and environmental applications, primarily in devices for bactericidal treatment (sterilization) of water and air. To solve the latter problem, radiation is preferable in the range of 220-290 (200-300) nm, corresponding to the maximum efficiency of inactivation of bacteria, spores and viruses.

Основные газоразрядные источники излучения, используемые в этом спектральном диапазоне - это ртутные лампы низкого давления (РЛНД), импульсно-периодические (прежде всего) и непрерывные лампы на инертных газах, чаще всего на ксеноне, а также эксимерные лампы.The main gas-discharge radiation sources used in this spectral range are low-pressure mercury lamps (RLND), repetitively pulsed (primarily) and continuous lamps using inert gases, most often xenon, and excimer lamps.

РЛНД представляет собой размещенную в замкнутой колбе из прозрачного для длины волны 254 нм материала, чаще всего кварцевого стекла, смесь паров ртути при характерном давлении 5÷7 мТорр с инертным газом или смесью инертных газов, как правило Ar/Ne, общим давлением 1÷3 Торр. Излучение РЛНД обычно генерируется в непрерывном режиме, газовая смесь возбуждается продольным электрическим разрядом с расположенными внутри колбы электродами, в современных лампах применяется квазисинусоидальная накачка на частоте 30÷50 кГц. Использование высоких частот по сравнению с промышленной 50÷60 Гц позволило повысить КПД источников питания и эффективность разряда - технический (отношение световой мощности к мощности, потребляемой источником питания) КПД современных амальгамных РЛНД достигает 35% и более при характерной погонной мощности излучения 0,5÷1,5 Вт/см, мощность отдельной лампы составляет 50÷200 Вт при ресурсе работы до 15÷20 тыс. часов ([1]: Василяк Л.М. «Применение импульсных электроразрядных ламп для бактерицидной обработки». Электронная обработка материалов, 2009, №1, с. 30-40).RLND is a mixture of mercury vapor at a characteristic pressure of 5 ÷ 7 mTorr with an inert gas or a mixture of inert gases, usually Ar / Ne, with a total pressure of 1 ÷ 3 Torr. RLND radiation is usually generated in a continuous mode, the gas mixture is excited by a longitudinal electric discharge with electrodes located inside the bulb; in modern lamps, quasi-sinusoidal pumping is used at a frequency of 30–50 kHz. The use of high frequencies in comparison with the industrial 50 ÷ 60 Hz made it possible to increase the efficiency of power supplies and the efficiency of the discharge - technical (the ratio of the light power to the power consumed by the power source), the efficiency of modern amalgam RLND reaches 35% or more with a characteristic linear radiation power of 0.5 ÷ 1.5 W / cm, the power of an individual lamp is 50 ÷ 200 W with a service life of up to 15 ÷ 20 thousand hours ([1]: Vasilyak L.M. "The use of pulsed electric discharge lamps for bactericidal treatment." Electronic material processing, 2009 , No. 1, p. 30-40).

В применяемых для задач стерилизации и фотохимии трубчатых лампах чаще всего используется ксенон при давлении несколько сот Торр, излучение при импульсном продольном разряде с расположенными внутри колбы электродами генерируется в импульсно-периодическом режиме с частотой в диапазоне ~ 0,5÷5 Гц при длительности отдельного импульса ~ 50÷200 мкс. Источником излучения здесь является плазма (рекомбинирующая плазма), создаваемая за счет нагрева газа до высокой температуры, то есть спектр излучения лампы является непрерывным и в УФ и видимом диапазонах близок с спектру «квазичерного» тела соответствующей температуры. Импульсная мощность излучения в бактерицидном диапазоне может изменяться в широких пределах в зависимости от, прежде всего, габаритов лампы и условий ее возбуждения от ~ 100 кВт до ~ 3÷5 МВт, КПД преобразования энергии в бактерицидное излучение достигает 10-13%, а ресурс обычно составляет до ~5 млн. импульсов ([1], [2]: сайт компании «НИИ Мелитта» http://www.melitta-uv.ru/technology/work/). Указанное количество импульсов при частоте 3 Гц соответствует времени работы лампы ~500 часов, то есть ресурс таких ламп не слишком велик. Ресурс может быть увеличен за счет уменьшения энергии отдельного импульса, но при этом существенно снижается эффективность генерации излучения бактерицидного диапазона. Заметим, что в аналогичных импульсно-периодических лампах могут использоваться и более легкие инертные газы, прежде всего криптон.In tubular lamps used for sterilization and photochemistry tasks, xenon is most often used at a pressure of several hundred Torr, radiation during a pulsed longitudinal discharge with electrodes located inside the bulb is generated in a pulse-periodic mode with a frequency in the range of ~ 0.5 ÷ 5 Hz with a duration of an individual pulse ~ 50 ÷ 200 μs. The source of radiation here is plasma (recombining plasma), created by heating the gas to a high temperature, that is, the radiation spectrum of the lamp is continuous and in the UV and visible ranges is close to the spectrum of a “quasi-black” body of the corresponding temperature. The pulse radiation power in the bactericidal range can vary over a wide range depending on, first of all, the dimensions of the lamp and the conditions of its excitation from ~ 100 kW to ~ 3 ÷ 5 MW, the efficiency of energy conversion into bactericidal radiation reaches 10-13%, and the resource is usually is up to ~ 5 million impulses ([1], [2]: the site of the company "Research Institute Melitta" http://www.melitta-uv.ru/technology/work/). The indicated number of pulses at a frequency of 3 Hz corresponds to a lamp operating time of ~ 500 hours, that is, the resource of such lamps is not too long. The resource can be increased by decreasing the energy of an individual pulse, but this significantly reduces the efficiency of generation of radiation in the bactericidal range. Note that in similar repetitively pulsed lamps, lighter inert gases, primarily krypton, can be used.

Эксимерные лампы представляют собой расположенную в колбе из прозрачного для генерируемого излучения материала (кварцевого стекла) возбуждаемую электрическим разрядом смесь молекулы галогена или галогенсодержащей молекулы с буферным инертным газом или смесью инертных газов. Состав и давление газовой смеси изменяется в широких пределах в зависимости, в том числе, от типа разряда ([3]: Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А. и др. «Эксилампы эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения». УФН, 2003, т. 173, №2, с. 201-217).Excimer lamps are a mixture of a halogen molecule or a halogen-containing molecule with a buffer inert gas or a mixture of inert gases, located in a bulb made of a material transparent for the generated radiation (quartz glass), excited by an electric discharge. The composition and pressure of the gas mixture varies within wide limits, depending, among other things, on the type of discharge ([3]: Lomaev M.I., Skakun BC, Sosnin E.A. et al. "Excilamps are effective sources of spontaneous UV and VUV -radiation ". UFN, 2003, vol. 173, No. 2, pp. 201-217).

В зависимости от типа разряда электроды могут располагаться как внутри колбы (при продольном тлеющем разряде), так и вне колбы, например при емкостном варианте разряда.Depending on the type of discharge, the electrodes can be located both inside the bulb (with a longitudinal glow discharge) and outside the bulb, for example, with a capacitive version of the discharge.

Эффективность современных эксимерных ламп составляет 5÷15% в зависимости от режима возбуждения и излучающей молекулы при ресурсе от нескольких сот до ~ 1.000 часов, если состав активной среды не включает фторсодержащие молекулы. Средняя мощность излучения эксимерных ламп может превышать 1 кВт при КПД свыше 10%, при этом из-за отсутствия собственного поглощения принципиально может быть реализована большая мощность излучения за счет увеличения объема лампы.The efficiency of modern excimer lamps is 5-15%, depending on the excitation mode and the emitting molecule with a resource from several hundred to ~ 1,000 hours, if the composition of the active medium does not include fluorine-containing molecules. The average radiation power of excimer lamps can exceed 1 kW with an efficiency of over 10%, while, due to the lack of intrinsic absorption, in principle, a large radiation power can be realized by increasing the volume of the lamp.

Описанные выше источники света существенно различаются по своему спектральному составу: в основном для приложений безозоновом варианте РЛНД излучает практически монохроматическое излучение на длине волны около 253,7 нм, соответствующей резонансному переходу атома ртути 6³P₁-6¹S₀. Эта длина волны близка к максимуму бактерицидной чувствительности ДНК, однако для ряда микроорганизмов и вирусов потребная для стерилизации на уровне 99,9% доза облучения на длине волны ~254 нм высока и, таким образом, для стерилизации требуется значительное время, особенно с учетом умеренной мощности излучения РЛНД. Кроме того, фиксированная длина волны излучения РЛНД не позволяет использовать этот источник света в процессах, где длина волны 253,7 нм (или длина волны 184,9 нм второго резонансного перехода 6¹P₁-6¹S₀) не обеспечивает эффективное протекание соответствующих фотохимических реакций.The light sources described above differ significantly in their spectral composition: mainly for ozone-free applications, RLND emits almost monochromatic radiation at a wavelength of about 253.7 nm, corresponding to the resonant transition of the mercury atom 6 ³ P ₁ -6 ¹ S ₀ . This wavelength is close to the maximum bactericidal sensitivity of DNA, however, for a number of microorganisms and viruses, the radiation dose required for sterilization at a level of 99.9% at a wavelength of ~ 254 nm is high and, therefore, sterilization takes a long time, especially given the moderate power radiation RLND. In addition, the fixed radiation wavelength of the RLND does not allow the use of this light source in processes where the wavelength of 253.7 nm (or the wavelength of 184.9 nm of the second resonance transition 6 ¹ P ₁ -6 ¹ S ₀ ) does not ensure the effective flow of the corresponding photochemical reactions.

Эксимерные лампы генерируют излучение в полосах В-Х и С-А (прежде всего В-Х) молекулярных переходов галогенидов инертных газов шириной 5÷10 нм, например XeCl* (максимум В-Х полосы около 308 нм), XeBr* (~282 нм), XeI* (~253 нм), KrF* (~248 нм), ArF* (~193 нм) и т.д., а также на переходах гомоядерных молекул галогенов, прежде всего это полоса ~259 нм молекулы Cl₂* и полоса ~342 нм молекулы I₂* ([3]). Селективность излучения эксимерных ламп позволяет использовать их в фотохимии с большей эффективностью, а богатство спектра их излучения позволяет в большинстве случаев подобрать необходимый вариант, а также получить требуемый спектр с несколькими лампами и/или с газовыми смесями более сложного состава ([4]: Шуаибов А.К., Шимон Л.Л., Дащенко А.И., Шевера И.В. «Многоволновой электроразрядный излучатель на системе полос λ=308 nm XeCl (В-Х) / 258 nm Cl₂ (D'-A')/236 nm XeCl (D-X) / 222 nm KrCl (B-X) / 175 nm ArCl (B-X) / 160 nm H2 (B-X)». Письма в ЖТФ, 2001, т. 71, вып. 2, с. 77-81) вплоть до непрерывного спектра с максимумами на длинах волн соответствующих полос эксимерных молекул ([5]: Шуаибов А.К., Грабовая И.А. «Электроразрядная лампа на парах брома и йода с непрерывным ультрафиолетовым спектром излучения». Письма в ЖТФ, 2005, т. 31, вып. 20, с. 82-87). Однако использование газовых смесей сложного состава обычно приводит к значительному снижению КПД такого источника света в бактерицидном диапазоне, применение набора эксимерных ламп различного состава далеко не всегда удобно, а умеренный ресурс эксимерных ламп, обусловленный деградацией электродов и стенок колбы, существенно снижает их практическую применимость. Кроме того, в эксимерных лампах происходит деградация не только стенок колбы, но и рабочей смеси вследствие протекания химических реакций атомов и молекул галогена с материалом колбы лампы, в подавляющем большинстве случаев кварцевой [3].Excimer lamps generate radiation in the B-X and C-A bands (primarily B-X) of molecular transitions of inert gas halides 5 ÷ 10 nm wide, for example, XeCl * (maximum of the B-X band about 308 nm), XeBr * (~ 282 nm), XeI * (~ 253 nm), KrF * (~ 248 nm), ArF * (~ 193 nm), etc., as well as on transitions of homonuclear halogen molecules, first of all, this is the ~ 259 nm band of the Cl ₂ * and a band ~ 342 nm of the I ₂ * molecule ([3]). The selectivity of the radiation of excimer lamps allows them to be used in photochemistry with greater efficiency, and the richness of their emission spectrum makes it possible, in most cases, to select the required option, as well as to obtain the required spectrum with several lamps and / or with gas mixtures of a more complex composition ([4]: Shuaibov A K., Shimon L.L., Dashchenko A.I., Shevera I.V. "Multi-wave electric discharge emitter on the system of bands λ = 308 nm XeCl (B-X) / 258 nm Cl ₂ (D'-A ') / 236 nm XeCl (DX) / 222 nm KrCl (BX) / 175 nm ArCl (BX) / 160 nm H2 (BX) ". ZhTF Letters, 2001, vol. 71, issue 2, pp. 77-81) up to a continuous spectrum with maxima at the wavelengths of the corresponding bands of excimer molecules ([5]: Shuaibov A.K., Grabovaya I.A. "Electric discharge lamp on bromine and iodine vapor with a continuous ultraviolet spectrum." vol. 31, issue 20, p. 82-87). However, the use of gas mixtures of a complex composition usually leads to a significant decrease in the efficiency of such a light source in the bactericidal range, the use of a set of excimer lamps of various compositions is far from always convenient, and the moderate resource of excimer lamps, due to the degradation of electrodes and flask walls, significantly reduces their practical applicability. In addition, in excimer lamps, degradation occurs not only of the walls of the flask, but also of the working mixture due to the occurrence of chemical reactions of atoms and molecules of halogen with the material of the lamp bulb, in the overwhelming majority of cases quartz [3].

Импульсно-периодическая ксеноновая лампа излучает свет непрерывного спектра от ~200 нм (коротковолновая граница определяется границей пропускания колбы лампы и максимальной температурой плазмы во время импульса электрического разряда) до инфракрасной области, что может быть существенным преимуществом таких источников света, при этом в бактерицидном диапазоне потенциально может излучаться до ~25% всей излучаемой энергии. Кроме того, имеется информация о том, что излучение широкого спектрального диапазона имеет большую интегральную бактерицидную эффективность, воздействуя не только на ДНК/РНК микроорганизмов, но и на другие структуры - белки, оболочку клеток и вирусов и т.д. ([6]: Шестопалов Н.В., Акимкин В.Г., Федорова Л.С. и др. «Исследование бактерицидной эффективности обеззараживания воздуха и открытых поверхностей импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра»).A repetitively pulsed xenon lamp emits light of a continuous spectrum from ~ 200 nm (the short-wavelength limit is determined by the transmission limit of the lamp bulb and the maximum plasma temperature during an electric discharge pulse) to the infrared region, which can be a significant advantage of such light sources, while potentially in the bactericidal range. up to ~ 25% of all radiated energy can be radiated. In addition, there is information that radiation of a wide spectral range has a great integral bactericidal efficiency, acting not only on DNA / RNA of microorganisms, but also on other structures - proteins, cell membranes and viruses, etc. ([6]: Shestopalov NV, Akimkin VG, Fedorova LS, et al. "Investigation of the bactericidal efficiency of disinfection of air and open surfaces by pulsed ultraviolet radiation of a continuous spectrum").

С этой точки зрения значительный интерес представляет собой возможность увеличения ресурса работы импульсно-периодических трубчатых ксеноновых ламп и увеличение доли бактерицидного диапазона в генерируемом этими лампами излучении. Эти характеристики оказываются взаимосвязанными, поскольку для увеличения доли бактерицидного излучения необходимо увеличивать температуру плазмы разряда T (предпочтительно до 13÷15 кК), но при этом резко ускоряется деградация стенок кварцевой колбы, на которой появляются непрозрачные продукты испарения ее поверхности вследствие воздействия ударных волн, генерируемых при импульсном разряде, высокой температуры и коротковолнового излучения плазмы, которое быстро возрастает с ростом T. В результате резко снижается пропускание колбы в бактерицидной области спектра и, соответственно, эффективность лампы - на 30% за время ~150 часов ([7]: Гавриш С.В., Кобзарь А.И., Кугушев Д.Н. и др. «Газоразрядный импульсный источник высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения»: патент на полезную модель RU 103668), что недостаточно. По этой причине режим работы известных ламп выбирается таким, чтобы температура плазмы была значительно меньше принципиально достижимой и составляла ~9 кК, при этом автоматически значительно (до двух раз и более) снижается и бактерицидная эффективность такой лампы.From this point of view, of considerable interest is the possibility of increasing the service life of repetitively pulsed tubular xenon lamps and increasing the proportion of the bactericidal range in the radiation generated by these lamps. These characteristics turn out to be interrelated, since in order to increase the fraction of bactericidal radiation it is necessary to increase the temperature of the discharge plasma T (preferably up to 13-15 kK), but at the same time the degradation of the walls of the quartz flask is sharply accelerated, on which opaque products of evaporation of its surface appear due to the action of shock waves generated with a pulsed discharge, high temperature and short-wavelength plasma radiation, which rapidly increases with increasing T. As a result, the transmission of the flask in the bactericidal region of the spectrum and, accordingly, the lamp efficiency - by 30% in ~ 150 hours ([7]: Gavrish S .V., Kobzar A.I., Kugushev D.N. et al. "Gas-discharge pulsed source of high-intensity ultraviolet radiation": utility model patent RU 103668), which is not enough. For this reason, the operating mode of the known lamps is chosen such that the plasma temperature is significantly lower than the attainable in principle and is ~ 9 kK, while the bactericidal efficiency of such a lamp is automatically significantly (up to two times or more) reduced.

Таким образом, применяемое в подавляющем большинстве трубчатых импульсных (ксеноновых) ламп кварцевое стекло в качестве материала колбы наряду с таким важнейшими достоинствами, как малое поглощение в УФ-диапазоне, умеренная цена и возможность изготавливать колбы больших размеров (диаметра и длины), имеет существенный недостаток, состоящий в ограничении ресурса и эффективности импульсных газоразрядных ламп, генерирующих интенсивное коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение.Thus, silica glass used in the overwhelming majority of tubular pulsed (xenon) lamps as a bulb material, along with such important advantages as low absorption in the UV range, reasonable price and the ability to manufacture bulbs of large sizes (diameter and length), has a significant drawback , consisting in limiting the resource and efficiency of pulsed gas-discharge lamps generating intense short-wave (ultraviolet) radiation.

В связи с этим в полезной модели [7], принятой за прототип, предложена импульсная газоразрядная лампа - источник высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения, в которой возбуждаемая импульсным электрическим разрядом газовая смесь помещена в колбу, выполненную из монокристалла оксида алюминия Al₂O₃ (бесцветного лейкосапфира). Оксид алюминия по сравнению с кварцевым стеклом имеет более высокую температуру испарения (~2980°С и ~2230°С) и, что особенно важно, многократно большую температуропроводность (~0,13 см²/с и ~0,01 см²/с при комнатной температуре) - это резко (в ~3,5 раза) снижает скорость нагрева и, следовательно, итоговую температуру внутренней поверхности колбы из оксида алюминия по сравнению со скоростью нагрева и конечной температурой внутренней поверхности колбы из кварцевого стекла при одной и той же тепловой нагрузке. Кроме того, оксид алюминия химически более инертен и, как результат, ресурс работы импульсной ксеноновой лампы значительно увеличивается при использовании предложенного в [7] технического решения.In this regard, in the utility model [7], taken as a prototype, a pulsed gas-discharge lamp is proposed - a source of high-intensity ultraviolet radiation, in which a gas mixture excited by a pulsed electric discharge is placed in a flask made of a single crystal of aluminum oxide Al ₂ O ₃ (colorless leucosapphire) ... Aluminum oxide, in comparison with quartz glass, has a higher evaporation temperature (~ 2980 ° C and ~ 2230 ° C) and, which is especially important, many times higher thermal diffusivity (~ 0.13 cm ² / s and ~ 0.01 cm ² / s at room temperature) - this sharply (by ~ 3.5 times) reduces the heating rate and, therefore, the final temperature of the inner surface of the aluminum oxide flask compared to the heating rate and the final temperature of the inner surface of the quartz glass flask at the same thermal load. In addition, aluminum oxide is chemically more inert and, as a result, the service life of a pulsed xenon lamp is significantly increased when using the technical solution proposed in [7].

Однако известное техническое решение имеет существенный недостаток: колба из монокристаллического оксида алюминия сложна в производстве, имеет очень высокую цену и обычно небольшой размер, что существенно ограничивает возможности широкого практического применения известного технического решения. Кроме того, применение известного технического решения не позволяет реализовать максимально возможную эффективность преобразования вложенной в плазму энергии в коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение.However, the known technical solution has a significant drawback: a flask made of monocrystalline alumina is difficult to manufacture, has a very high price and is usually small in size, which significantly limits the possibilities of wide practical application of the known technical solution. In addition, the use of the known technical solution does not allow realizing the maximum possible efficiency of conversion of the energy deposited into the plasma into short-wave (ultraviolet) radiation.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности излучения импульсных газоразрядных ламп в УФ-диапазоне спектра, в том числе в бактерицидном диапазоне спектра, увеличение ресурса работы таких ламп.The technical result of the claimed invention is to increase the radiation efficiency of pulsed gas-discharge lamps in the UV range of the spectrum, including in the bactericidal range of the spectrum, and to increase the service life of such lamps.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядной лампе ультрафиолетового диапазона спектра, включающей возбуждаемую импульсным электрическим разрядом плазмообразующую газовую смесь, размещенную в замкнутой колбе, непосредственно контактирующий с газовой смесью слой колбы выполнен из поликристаллического оксида алюминия (поликристаллического лейкосапфира).The technical result is achieved by the fact that in a gas-discharge lamp of the ultraviolet range of the spectrum, including a plasma-forming gas mixture excited by a pulsed electric discharge, placed in a closed flask, the layer of the flask in direct contact with the gas mixture is made of polycrystalline aluminum oxide (polycrystalline leucosapphire).

Как известно, колбы известных эксимерных, ксеноновых и ртутных ламп изготавливаются из прозрачного на соответствующей длине волны (в соответствующем диапазоне длин волн) материала с высокой прозрачностью. Однако автор заявляемого технического решения обратил внимание на то, что в случае, когда среда лампы прозрачна для собственного излучения, в качестве материала колбы возможно использовать не прозрачный материал (то есть материал, «сквозь который можно смотреть»), а не поглощающий излучение материал. То есть, например, возможно использование «мутного» материала, который сильно рассеивает падающее на него излучение - прежде всего «назад» (в газовую/плазменную среду лампы), но не поглощает его. В этом случае излучение выйдет из колбы не «сразу», как в прототипе, а испытает несколько переотражений-перерассеяний в/от стенок колбы, интенсивность излучения внутри колбы станет в соответствующее число раз больше, но при отсутствии поглощения в конечном итоге все излучение из лампы выйдет практически без потери в эффективности. Точнее, переотражения (перерассеяния) приведут к потере некоторой части излучения, которая в результате попадет на поглощающие УФ-свет электроды лампы. Эта доля будет малой в типичной ситуации достаточно длинных трубок, когда L/d>>1, здесь L - длина трубки, d - ее внутренний диаметр, поскольку апертура электродов не больше d.As you know, the bulbs of known excimer, xenon and mercury lamps are made of transparent material with high transparency at the appropriate wavelength (in the appropriate wavelength range). However, the author of the proposed technical solution drew attention to the fact that in the case when the lamp medium is transparent to its own radiation, it is possible to use a non-transparent material (that is, a material "through which you can look"), and not a radiation-absorbing material, as a bulb material. That is, for example, it is possible to use a "cloudy" material that strongly scatters the incident radiation - primarily "back" (into the gas / plasma medium of the lamp), but does not absorb it. In this case, the radiation will not come out of the flask "immediately", as in the prototype, but will experience several re-reflections-rescattering to / from the walls of the flask, the radiation intensity inside the flask will become an appropriate number of times higher, but in the absence of absorption, ultimately all radiation from the lamp will come out with virtually no loss in efficiency. More precisely, re-reflections (rescattering) will lead to the loss of some of the radiation, which as a result falls on the UV-absorbing lamp electrodes. This fraction will be small in a typical situation of sufficiently long tubes, when L / d >> 1, here L is the length of the tube, d is its inner diameter, since the aperture of the electrodes is not larger than d.

Рассмотрим эту ключевую идею заявляемого технического решения на простой модели. Пусть газоразрядная лампа ультрафиолетового диапазона представляет собой длинную (бесконечно длинную, чтобы не рассматривать торцы) цилиндрическую колбу с внутренним диаметром d, внутри колбы находится возбуждаемая электрическим разрядом газовая смесь, которая совершенно не поглощает генерируемое излучение (в дальнейшем мы уточним это условие). Пусть погонная мощность излучения, генерируемого лампой в разряде, равна W, эффективный коэффициент отражения излучения от стенок трубки равен R, а обусловленные поглощением в стенках колбы потери излучения равны α. Тогда из закона сохранения энергии и соображений симметрии интенсивность падающего на внутреннюю поверхность колбы излучения I определяется из очевидного равенства W=πd(1-R)I, откуда I=W/[πd(1-R)]. Падающее излучение в основном отражается (диффузно отражается), частично поглощается в стенках колбы, а оставшаяся часть Q выходит наружу и представляет собой полезный сигнал. Отсюда легко найти погонную мощность выходящего излучения:Let's consider this key idea of the proposed technical solution on a simple model. Let the ultraviolet gas-discharge lamp be a long (infinitely long, so as not to consider the ends) cylindrical flask with an inner diameter d, inside the flask there is a gas mixture excited by an electric discharge, which does not absorb the generated radiation at all (we will further refine this condition). Let the linear power of radiation generated by the lamp in the discharge be equal to W, the effective reflection coefficient of radiation from the tube walls is equal to R, and the radiation losses due to absorption in the walls of the bulb are equal to α. Then, from the law of conservation of energy and considerations of symmetry, the intensity of radiation I incident on the inner surface of the bulb is determined from the obvious equality W = πd (1-R) I, whence I = W / [πd (1-R)]. The incident radiation is mainly reflected (diffusely reflected), partially absorbed in the walls of the bulb, and the rest of the Q comes out and is a useful signal. Hence, it is easy to find the linear power of the output radiation:

Q=πd(1-R)I-απD(1-R)I=(1-α)W,Q = πd (1-R) I-απD (1-R) I = (1-α) W,

причем эта формула верна для любой величины R, даже очень близкой к 1. Отсюда следует, что при α<<1 формальная «непрозрачность» трубки, которая имеет место быть при R~1, тем не менее, практически не снижает эффективность вывода излучения из лампы.moreover, this formula is valid for any value of R, even very close to 1. It follows that at α << 1 the formal "opacity" of the tube, which takes place at R ~ 1, nevertheless, practically does not reduce the efficiency of radiation extraction from lamps.

Такого рода материалом, который является для ультрафиолетового излучения непрозрачным, но при этом непоглощающим, является поликристаллический оксид алюминия (поликристаллический лейкосапфир): излучение рассеивается на многочисленных границах раздела кристаллитов и слой лейкосапфира не прозрачен - его эффективный коэффициент диффузного отражения R может превышать 90%, но поглощение излучения практически отсутствует как в монокристалле, так и в поликристалле Al₂O₃.This kind of material, which is opaque for ultraviolet radiation, but non-absorbing at the same time, is polycrystalline alumina (polycrystalline leucosapphire): radiation is scattered at numerous crystallite interfaces and the leucosapphire layer is not transparent - its effective diffuse reflectance R can exceed 90%, but absorption of radiation is practically absent both in the single crystal and in the polycrystalline Al ₂ O ₃ .

Как указывалось выше, необходимым условием высокой эффективности вывода излучения из объема лампы является отсутствие существенных потерь фотонов внутри колбы лампы. Если принять коэффициент «необратимого» (см. ниже) поглощения излучения в объеме лампы β, то для прозрачных стенок колбы, когда свет выходит «сразу же» условие высокой эффективности лампы имеет очевидный вид βd<<1, в нашем случае условие становится более жестким: βd/(1-R)<<1 или βd<<(1-R). То есть, при R=90% мы получаем условие βd<<0,1 или, для характерных диаметров импульсно-периодических ксеноновых ламп 5-10 мм: β<<0,1 см^-1 - при выполнении этого условия эффективность вывода излучения из колбы лампы остается высокой.As mentioned above, a necessary condition for high efficiency of radiation extraction from the volume of the lamp is the absence of significant losses of photons inside the lamp bulb. If we take the coefficient of "irreversible" (see below) absorption of radiation in the volume of the lamp β, then for transparent walls of the bulb, when the light comes out "immediately", the condition for the high efficiency of the lamp has the obvious form βd << 1, in our case the condition becomes more stringent : βd / (1-R) << 1 or βd << (1-R). That is, at R = 90%, we obtain the condition βd << 0.1 or, for the characteristic diameters of repetitively pulsed xenon lamps 5-10 mm: β << 0.1 cm ^-1 - if this condition is met, the efficiency of radiation extraction from the bulb remains high.

Здесь также важно указать, что сам по себе факт поглощения излучаемых фотонов в объеме колбы лампы не обязательно приводит к заметному снижению эффективности лампы. В самом деле, при поглощении фотона во многих случаях возникает электронно-возбужденная частица (атом, молекула), которая может снова излучить фотон, то есть в итоге потери света отсутствуют. Именно так происходит, например в РЛНД, в которой при высоком интегральном КПД фотоны многократно поглощаются-излучаются с характерной длиной пробега ~0,01 см. Распределенные необратимые потери (поглощение β) возникают только тогда, когда возбужденное состояние разрушается в процессах тушения или если при поглощении фотона не возникает возможность его последующего переизлучения.It is also important to point out here that the mere fact of absorption of emitted photons in the volume of the lamp bulb does not necessarily lead to a noticeable decrease in the efficiency of the lamp. Indeed, when a photon is absorbed, an electronically excited particle (atom, molecule) appears in many cases, which can re-emit a photon, that is, as a result, there is no loss of light. This is exactly what happens, for example, in RLND, in which, at a high integral efficiency, photons are repeatedly absorbed and emitted with a characteristic path length of ~ 0.01 cm. Distributed irreversible losses (absorption β) arise only when the excited state is destroyed during quenching or if absorption of a photon does not give rise to the possibility of its subsequent re-emission.

Для импульсных ксеноновых ламп ситуация с собственным поглощением в колбе лампы, которая эффективно рассеивает генерируемое плазмой излучение обратно в объем плазмы, как обнаружено автором заявляемого технического решения, позволяет повысить бактерицидную эффективность их излучения.For pulsed xenon lamps, the situation with intrinsic absorption in the lamp bulb, which effectively scatters the radiation generated by the plasma back into the plasma volume, as found by the author of the proposed technical solution, makes it possible to increase the bactericidal efficiency of their radiation.

Как указывалось выше, в отсутствие поглощения генерируемого излучения в газовой смеси газоразрядной лампы колба из поликристаллического оксида алюминия, возвращая большую часть излучения, падающего на внутреннюю поверхность колбы, обратно в объем разряда, не снижает эффективность лампы в целом. Однако в том случае, когда источником излучения является плазма, поглощение части возвращаемого излучения может быть даже полезным, и именно такова ситуация в импульсных газоразрядных лампах, в том числе в трубчатых ксеноновых лампах. Специфика этих ламп состоит в том, что значительная часть непрерывного спектра излучения таких ламп генерируется в не представляющих интерес для большинства приложений видимом и ближнем ИК диапазонах ([1]).As mentioned above, in the absence of absorption of generated radiation in the gas mixture of a gas-discharge lamp, a polycrystalline alumina bulb, returning most of the radiation incident on the inner surface of the bulb back to the discharge volume, does not reduce the efficiency of the lamp as a whole. However, in the case where the radiation source is plasma, the absorption of part of the returned radiation can even be beneficial, and this is precisely the situation in flash gas discharge lamps, including tubular xenon lamps. The specificity of these lamps is that a significant part of the continuous radiation spectrum of such lamps is generated in the visible and near-IR ranges, which are not of interest for most applications ([1]).

Поглощение излучения в плазме, которая при этом является одновременно и источником излучения в таких лампах, определяется главным образом обратным тормозным механизмом ([8]: Райзер Ю.П. «Физика газового разряда». М.: Наука, 1987 - 592 с), при котором коэффициент поглощения излучения приблизительно пропорционален третьей степени его (излучения) длины волны: β~λ³. g общем виде для равновесной плазмы, степень ионизации которой определяется формулой Саха, коэффициент тормозного поглощения в частично ионизованном газе определяется следующим выражением:The absorption of radiation in plasma, which is at the same time a source of radiation in such lamps, is mainly determined by the inverse inhibitory mechanism ([8]: Raizer Yu.P. "Physics of a gas discharge". M .: Nauka, 1987 - 592 s), at which the absorption coefficient of radiation is approximately proportional to the third power of its (radiation) wavelength: β ~ λ ³ . g in general form for an equilibrium plasma, the degree of ionization of which is determined by the Saha formula, the bremsstrahlung absorption coefficient in a partially ionized gas is determined by the following expression:

β=ANTλ³·exp(-I/kT) (1),β = ANTλ ³ exp (-I / kT) (1),

здесь N [см^-3] исходная концентрация атомов инертного газа (ксенона), T [K] - температура плазмы, λ [мкм] - длина волны излучения, I [эВ] - потенциал ионизации инертного газа (12,13 эВ для ксенона), k - постоянная Больцмана, А - константа ≈4*10^-19для указанных единиц измерения, при этом коэффициент поглощения β выражается в см^-1.here N [cm ^-3 ] is the initial concentration of inert gas (xenon) atoms, T [K] is the plasma temperature, λ [μm] is the radiation wavelength, I [eV] is the ionization potential of an inert gas (12.13 eV for xenon) , k is the Boltzmann constant, A is the constant ≈4 * 10 ^-19 for the indicated units of measurement, while the absorption coefficient β is expressed in cm ^-1 .

Таким образом, для ксеноновой лампы давлением 300 Торр (N≈10¹⁹ см^-3) и температуры плазмы T=15 кК коэффициент поглощения на длине волны 1 мкм составит ≈5 см^-1 и β≈1 см^-1 для длины волны 0,6 мкм. Соответственно, при внутреннем диаметре лампы 5÷7 мм и R=90% параметр βd/(1-R)>5 и, как обсуждалось выше, излучение с такой (и большей) длиной волны будет поглощаться в объеме плазмы с высокой эффективностью. В то же время для излучения бактерицидного диапазона коэффициент поглощения плазмы разряда будет в 40 (для λ=290 нм) ÷ 90 (для λ=220 нм) раз меньше, чем для λ=1 мкм - для коротковолнового излучения плазма достаточно прозрачна. Как следствие, возвращенная при диффузном отражении от поликристаллической лейкосапфировой колбы длинноволновая часть излучения плазмы поглощается во много раз сильнее, чем коротковолновая при сопоставимом числе «переотражений». Соответственно, спектр излучения лампы перераспределяется в коротковолновую область, яркость лампы в УФ и доля света бактерицидного диапазона существенно возрастают. Для предварительной оценки можно полагать, что излучение с длиной волны ≥ 0,6 мкм (β > 1 см^-1) выходит из объема лампы, а дополнительно нагревает плазму, что повышает эффективность лампы: при T=15 кК энергия излучения в области λ≥0,6 мкм составляет более 50% энергии бактерицидного диапазона и ~12% всей излучаемой энергии (соответственно, для области λ≥0,5 мкм - около 80% энергии бактерицидного диапазона и ~20% всей излучаемой энергии), при меньшей температуре плазмы доля энергии излучения в видимом и ИК диапазонах спектра еще больше.Thus, for a xenon lamp with a pressure of 300 Torr (N≈10 ¹⁹ cm ^-3 ) and a plasma temperature T = 15 kK, the absorption coefficient at a wavelength of 1 μm will be ≈5 cm ^-1 and β≈1 cm ^-1 for a wavelength of 0, 6 microns. Accordingly, with an inner diameter of the lamp of 5 ÷ 7 mm and R = 90%, the parameter βd / (1-R)> 5 and, as discussed above, radiation with this (and longer) wavelength will be absorbed in the plasma volume with high efficiency. At the same time, for radiation of the bactericidal range, the absorption coefficient of the discharge plasma will be 40 (for λ = 290 nm) ÷ 90 (for λ = 220 nm) times less than for λ = 1 μm - for short-wavelength radiation the plasma is quite transparent. As a consequence, the long-wavelength part of the plasma radiation returned by diffuse reflection from a polycrystalline leucosapphire bulb is absorbed many times stronger than the short-wavelength part with a comparable number of "multiple reflections". Accordingly, the radiation spectrum of the lamp is redistributed to the short-wave region, the brightness of the lamp in the UV range and the proportion of light in the bactericidal range increase significantly. For a preliminary assessment, it can be assumed that radiation with a wavelength of ≥ 0.6 μm (β> 1 cm ^-1 ) leaves the volume of the lamp, and additionally heats the plasma, which increases the efficiency of the lamp: at T = 15 kK, the radiation energy in the region λ≥ 0.6 μm is more than 50% of the energy of the bactericidal range and ~ 12% of the total radiated energy (respectively, for the region λ≥0.5 μm - about 80% of the energy of the bactericidal range and ~ 20% of the total radiated energy), at a lower plasma temperature, the fraction the radiation energy in the visible and infrared ranges of the spectrum is even higher.

Увеличение доли коротковолнового излучения, которое представляет наибольший практический интерес, является принципиально важным преимуществом заявляемого технического решения для импульсных и импульсно-периодических ксеноновых ламп, а также других ламп того же типа. Это позволяет при той же мощности бактерицидного излучения снизить энерговклад в лампу и увеличить не только ее эффективность, но и ресурс, быстро возрастающий при уменьшении энерговклада в плазму.An increase in the proportion of short-wave radiation, which is of the greatest practical interest, is a fundamentally important advantage of the proposed technical solution for pulsed and repetitively pulsed xenon lamps, as well as other lamps of the same type. This allows, at the same bactericidal radiation power, to reduce the energy input into the lamp and increase not only its efficiency, but also the resource, which rapidly increases with a decrease in the energy input into the plasma.

Следует также указать, что указанное преимущество является «синтетическим»: использование поликристаллического оксида алюминия в качестве материала колбы лампы позволяет увеличить температуру плазмы и как раз именно при высокой температуре плазмы эффект ее подогрева собственным излучением и соответствующего перераспределения спектра лампы является существенным. В самом деле, при типичной для ламп с кварцевой колбой температуре плазмы 9 кК коэффициент тормозного поглощения для λ=1 мкм при давлении ксенона те же 300 Торр многократно меньше, чем для T=15 кК и составляет ~0,006 см^-1, то есть плазма является практически прозрачной, ее дополнительного нагрева и перераспределения спектра излучения не происходит.It should also be noted that this advantage is "synthetic": the use of polycrystalline aluminum oxide as a material for the lamp bulb makes it possible to increase the plasma temperature, and it is precisely at a high plasma temperature that the effect of its heating by its own radiation and the corresponding redistribution of the lamp spectrum is significant. Indeed, at a plasma temperature of 9 kK, typical for lamps with a quartz bulb, the bremsstrahlung absorption coefficient for λ = 1 μm at a xenon pressure of the same 300 Torr is many times lower than for T = 15 kK and is ~ 0.006 cm ^-1 , that is, plasma is practically transparent, its additional heating and redistribution of the radiation spectrum does not occur.

Колба (трубка) из поликристаллического лейкосапфира (оксида алюминия), очевидно, гораздо (несопоставимо) дешевле и технологичнее, чем в колба из монокристаллического лейкосапфира, при этом химическая стойкость и теплофизические характеристики (прежде всего, теплопроводность и температура испарения) у этих материалов практически одинаковы. Для поликристаллического лейкосапфира из-за отсутствия анизотропии свойств материала (что присуще прозрачному монокристаллическому лейкосапфиру) значительно упрощается и герметичное соединение электродов лампы с колбой лампы.A flask (tube) made of polycrystalline leucosapphire (aluminum oxide) is obviously much (incomparably) cheaper and more technologically advanced than a flask made of monocrystalline sapphire, while the chemical resistance and thermophysical characteristics (first of all, thermal conductivity and evaporation temperature) of these materials are practically the same ... For polycrystalline leucosapphire, due to the lack of anisotropy of the material properties (which is inherent in transparent monocrystalline leucosapphire), the hermetic connection of the lamp electrodes with the lamp bulb is also greatly simplified.

В рамках заявляемого технического решения возможен вариант, когда колба газоразрядной лампы состоит из одного слоя, выполненного из поликристаллического оксида алюминия. Толщина стенок колбы в предпочтительном варианте составляет 1÷2 мм и определяется, в том числе, исходя из следующих соображений:Within the framework of the proposed technical solution, an option is possible when the bulb of a gas-discharge lamp consists of one layer made of polycrystalline aluminum oxide. The wall thickness of the flask is preferably 1 ÷ 2 mm and is determined, inter alia, on the basis of the following considerations:

толщина стенки должна обеспечивать надежность и достаточный ресурс работы лампы с учетом разности давлений внутри и вне колбы с учетом воздействия ударных волн в импульсных газоразрядных лампах;the wall thickness should ensure the reliability and sufficient life of the lamp, taking into account the pressure difference inside and outside the bulb, taking into account the impact of shock waves in pulsed gas-discharge lamps;

при большей толщине стенок колбы увеличивается эффективный коэффициент отражения (возвращения излучения в объем разряда) за счет диффузного рассеяния в стенке, однако увеличиваются требования к чистоте используемого материала;with a larger wall thickness of the flask, the effective reflection coefficient (the return of radiation to the discharge volume) increases due to diffuse scattering in the wall, however, the requirements for the purity of the material used increase;

при меньшей толщине стенок снижается вес колбы и ее стоимость.with a smaller wall thickness, the weight of the flask and its cost are reduced.

Заявляемое техническое решение может привести к увеличению доли не только УФ-излучения бактерицидного диапазона, но и более коротковолнового излучения, включая вакуумный ультрафиолет с λ<190 нм, поскольку оксид алюминия пропускает излучение с длиной волны от ~170 нм. В ряде случаев ВУФ излучение лампы (тем более, что в предлагаемом варианте реализации интенсивность такого излучения возрастает многократно) представляет отдельный и значительный интерес. Однако при использовании таких ламп для стерилизации помещений ВУФ излучение приводит к нежелательной наработке озона, который является соединением высокой степени опасности с малой величиной ПДК.The claimed technical solution can lead to an increase in the proportion of not only UV radiation of the bactericidal range, but also shorter wavelength radiation, including vacuum ultraviolet with λ <190 nm, since alumina transmits radiation with a wavelength of ~ 170 nm. In a number of cases, the VUV radiation of the lamp (especially since in the proposed embodiment the intensity of such radiation increases many times) is of separate and significant interest. However, when such lamps are used for sterilizing premises, VUV radiation leads to an undesirable production of ozone, which is a compound of a high degree of hazard with a low MPC.

В варианте реализации заявляемого технического решения для случая, когда наличие ВУФ излучения и генерация озона нежелательны, колба газоразрядной лампы может иметь дополнительный внешний слой, который выполнен из непрозрачного в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне спектра и прозрачного в бактерицидном диапазоне спектра материала. В этом случае внутренний слой колбы из поликристаллического лейкосапфира обеспечивает реализацию описанных выше преимуществ, а внешний слой колбы, который уже не подвергается воздействию плазмы разряда, блокирует выход образующего озон коротковолнового излучения. Такого рода материалом могут быть, например, соответствующие сорта кварцевого (увиолевого) стекла.In an embodiment of the proposed technical solution for the case when the presence of VUV radiation and the generation of ozone are undesirable, the bulb of a gas-discharge lamp may have an additional outer layer, which is made of a material opaque in the vacuum ultraviolet range and transparent in the bactericidal range of the spectrum. In this case, the inner layer of the polycrystalline leucosapphire flask provides the above-described advantages, and the outer layer of the flask, which is no longer exposed to the discharge plasma, blocks the output of short-wavelength ozone-forming radiation. This kind of material can be, for example, the corresponding grades of quartz (uviol) glass.

Поскольку коротковолновое излучение в ряде случаев снижает ресурс и пропускание многих прозрачных материалов (например, это соляризация кварцевых стекол излучением в области 215 нм), то между внутренним слоем колбы заявляемой газоразрядной лампы и внешним слоем колбы может располагаться газовый или жидкий промежуточный слой. Такой слой может выполнять как функцию охлаждения, в том числе при его прокачке, особенно для мощных ламп, так и, прежде всего, функцию поглощения (блокирования) коротковолнового излучения плазмы, а также селективного блокирования излучения того или иного диапазонов в коротковолновой части спектра (например, участка спектра в области 210-220 нм, при облучении которым быстро происходит соляризация кварцевого стекла), при этом в необходимой для применения области спектра промежуточный слой прозрачен. Например, слой воды (жидкий промежуточный слой) может блокировать коротковолновое излучение, газовая смесь может блокировать (поглощать) излучение в полосе поглощения и/или фотодиссоциации соответствующей молекулы, толщина слоя определяется условием достаточной величины ослабления соответствующего излучения. При этом возможны и предпочтительны варианты смесей с восстановлением поглощающей молекулы в цепи последующих реакций, например в смеси типа Ar/I₂(Br₂) атомы йода (брома), возникающие после фотодиссоциации исходной молекулы восстанавливаются в трехчастичных реакциях типа R+R+M→R₂+M, R - атом галогена, М - третье тело. В указанном варианте реализации заявляемой газоразрядной лампы может быть дополнительно увеличен ресурс внешнего слоя колбы.Since short-wave radiation in some cases reduces the resource and transmission of many transparent materials (for example, it is the solarization of silica glasses with radiation in the 215 nm region), a gas or liquid intermediate layer can be located between the inner layer of the bulb of the claimed gas-discharge lamp and the outer layer of the bulb. Such a layer can perform both the function of cooling, including during its pumping, especially for high-power lamps, and, above all, the function of absorbing (blocking) short-wavelength plasma radiation, as well as selectively blocking radiation of one or another range in the short-wavelength part of the spectrum (for example , the part of the spectrum in the region of 210-220 nm, during irradiation with which the solarization of quartz glass occurs rapidly), while in the spectrum region necessary for application, the intermediate layer is transparent. For example, a layer of water (liquid intermediate layer) can block short-wavelength radiation, a gas mixture can block (absorb) radiation in the absorption and / or photodissociation band of the corresponding molecule, the thickness of the layer is determined by the condition of sufficient attenuation of the corresponding radiation. In this case, variants of mixtures with the reduction of an absorbing molecule in the chain of subsequent reactions are possible and preferable, for example, in a mixture of the Ar / I ₂ (Br ₂ ) type, iodine (bromine) atoms arising after photodissociation of the initial molecule are reduced in three-particle reactions of the R + R + M → R ₂ + M, R is a halogen atom, M is a third body. In this embodiment of the inventive gas-discharge lamp, the resource of the outer layer of the bulb can be further increased.

Заметим, что заявляемому техническому решению не противоречит и вариант, когда в состав поликристаллического лейкосапфира тем или иным способом введена дополнительная компонента, поглощающая излучение в области короче 190÷195(200) нм.Note that the claimed technical solution does not contradict the option when an additional component is introduced into the composition of polycrystalline leucosapphire in one way or another, absorbing radiation in the region shorter than 190 ÷ 195 (200) nm.

Заявляемое техническое решение может применяться, в том числе, для корректировки спектра излучения в различных газоразрядных лампах. В то же время, видимо, наибольший интерес представляют газоразрядные лампы, возбуждаемые импульсным электрическим разрядом - прежде всего импульсно-периодические ксеноновые (криптоновые) лампы.The claimed technical solution can be used, inter alia, to correct the radiation spectrum in various gas-discharge lamps. At the same time, apparently, the most interesting are gas-discharge lamps excited by a pulsed electric discharge - first of all, pulse-periodic xenon (krypton) lamps.

В импульсно-периодическом режиме работы заявляемой газоразрядной лампы возможно возбуждение плазмообразующей газовой среды с существенно разными длительностью отдельного импульса и их скважностью - от ~ 3÷5 мкс до нескольких сотен мкс, частота следования импульсов обычно составляет 0,5÷5 Гц.In a repetitively pulsed mode of operation of the claimed gas-discharge lamp, it is possible to excite a plasma-forming gas medium with significantly different durations of an individual pulse and their duty cycle - from ~ 3 ÷ 5 μs to several hundred μs, the pulse repetition rate is usually 0.5 ÷ 5 Hz.

Возможность практической реализации заявляемого технического решения не вызывает сомнений и основана на известных технологиях изготовления трубок из поликристаллического лейкосапфира, герметизации электрических вводов в такие трубки, наличии соответствующих источников питания ламп и т.д.The possibility of practical implementation of the proposed technical solution is not in doubt and is based on known technologies for the manufacture of tubes from polycrystalline sapphire, sealing electrical inputs to such tubes, the presence of appropriate lamp power supplies, etc.

Экспериментальное сопоставление газоразрядных импульсных ксеноновых ламп для трубок из монокристаллического и поликристаллического лейкосапфира продемонстрировало (как и предполагалось) практически одинаковый ресурс при одной и той же энергии электрического разряда, при этом энергия излучения в бактерицидном диапазоне увеличивалась на 10÷15%. При одной и той же энергии излучения бактерицидного диапазона ресурс газоразрядной лампы с колбой из поликристаллического оксида алюминия оказался на 20÷25% выше.An experimental comparison of gas-discharge pulsed xenon lamps for monocrystalline and polycrystalline leucosapphire tubes demonstrated (as expected) practically the same resource at the same electric discharge energy, while the radiation energy in the bactericidal range increased by 10-15%. At the same radiation energy of the bactericidal range, the resource of a gas-discharge lamp with a polycrystalline aluminum oxide bulb turned out to be 20–25% higher.

Таким образом, применение заявляемого технического решения позволяет существенно удешевить газоразрядные лампы, излучающие в ультрафиолетовой (в том числе бактерицидной) области спектра, повысить эффективность генерации коротковолнового излучения импульсно-периодических ламп на инертных газах (прежде всего ксеноновых) и увеличить их ресурс.Thus, the use of the proposed technical solution makes it possible to significantly reduce the cost of gas-discharge lamps emitting in the ultraviolet (including bactericidal) region of the spectrum, to increase the efficiency of generation of short-wave radiation from repetitively pulsed lamps using inert gases (primarily xenon) and to increase their resource.

Заявляемое техническое решение применимо к различным конкретным способам генерации импульсного электрического разряда в газоразрядных лампах, а также к разрядам и лампам различной геометрии. Заявляемое решение применимо также к различным составам газовых смесей.The claimed technical solution is applicable to various specific methods of generating a pulsed electric discharge in gas-discharge lamps, as well as to discharges and lamps of various geometries. The claimed solution is also applicable to various compositions of gas mixtures.

Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой области изменения описанных выше вариантов реализации газоразрядной лампы. Прежде всего, это относится к конкретному составу и давлению используемой в лампе газовой смеси, типу и режиму работы электрического разряда (например, частоте и скважности импульсов в импульсно-периодическом режиме и т.д.), геометрии разрядного промежутка и колбы (в том числе толщине стенки/стенок колбы), форме, материалу и расположению электродов, включая вариант полого катода, источникам питания и управления разряда, размеру кристаллитов в поликристаллическом оксиде алюминия и т.д.To meet any possible specific requirements, changes that are obvious to those skilled in the art can be made to the above-described embodiments of the discharge lamp. First of all, this refers to the specific composition and pressure of the gas mixture used in the lamp, the type and mode of operation of the electric discharge (for example, the frequency and duty cycle of pulses in a pulse-periodic mode, etc.), the geometry of the discharge gap and the bulb (including flask wall / wall thickness), shape, material and arrangement of electrodes, including the hollow cathode option, power and discharge control sources, crystallite size in polycrystalline alumina, etc.

Claims

1. A gas-discharge lamp of the ultraviolet range of the spectrum, including a plasma-forming gas mixture excited by a pulsed electric discharge, placed in a closed flask, characterized in that the layer of the flask directly in contact with the gas mixture is made of polycrystalline aluminum oxide (polycrystalline leucosapphire).

2. The gas discharge lamp of claim 1, wherein the bulb has an additional outer layer.

3. A gas-discharge lamp according to claim 2, characterized in that the outer layer is made of a material transparent in the bactericidal range of the spectrum.

4. A gas-discharge lamp according to claim 2, characterized in that a gas or liquid intermediate layer is located between the layer of the flask directly in contact with the gas mixture and the outer layer of the flask, selectively absorbing radiation of the corresponding spectral range.