RU2089962C1 - Low-pressure glow lamp working medium - Google Patents
Low-pressure glow lamp working medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089962C1 RU2089962C1 RU95121858A RU95121858A RU2089962C1 RU 2089962 C1 RU2089962 C1 RU 2089962C1 RU 95121858 A RU95121858 A RU 95121858A RU 95121858 A RU95121858 A RU 95121858A RU 2089962 C1 RU2089962 C1 RU 2089962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- inert gas
- pressure
- working medium
- low
- Prior art date
Links
Landscapes
- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании и применении ламп тлеющего разряда, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. The invention relates to lighting engineering and can be used to create and use glow discharge lamps emitting in the ultraviolet wavelength range.
Известны рабочие среды лазеров и ламп на галоидах тяжелых инертных газов [1-3] с буферными легкими инертными газами, причем давление последних почти на порядок превышает суммарное давление галогеноносителя и тяжелого инертного газа. The working media of lasers and lamps based on heavy inert gas halogens [1-3] with buffer light inert gases are known, and the pressure of the latter is almost an order of magnitude higher than the total pressure of the halogen carrier and heavy inert gas.
Недостатком таких сред является необходимость использования в работе дополнительного предыонизатора для формирования объемного самостоятельного разряда при создании инверсии в лазерах [1,2] и невысокий КПД выхода УФ-излучения в случае наполнения тлеющего разряда при получении спонтанной эмиссии [3]
Наиболее близкой по техническому решению, выбранной в качестве прототипа, является рабочая среда для лампы непрерывного тлеющего разряда низкого давления на основе смеси тяжелого инертного газа и хлорсодержащего галогеноносителя (Хе + CI2 (HCI),Kr + CI2 (HCI)) [4,5]
Недостатками таких сред являются высокое напряжение зажигания разряда, а также значительная разница между значениями напряжения зажигания и напряжения горения разряда, что усложняет источники питания таких ламп и снижает их надежность.The disadvantage of such media is the need to use an additional preionizer to form a self-sustained discharge when creating an inversion in lasers [1,2] and a low efficiency of UV radiation in the case of filling a glow discharge upon receipt of spontaneous emission [3]
The closest technical solution, selected as a prototype, is a working medium for a lamp of a continuous glow discharge of low pressure based on a mixture of a heavy inert gas and a chlorine-containing halogen carrier (Xe + CI 2 (HCI), Kr + CI 2 (HCI)) [4, 5]
The disadvantages of such media are the high voltage of the ignition of the discharge, as well as a significant difference between the values of the ignition voltage and the voltage of the discharge, which complicates the power sources of such lamps and reduces their reliability.
Задачей изобретения является уменьшение напряжения зажигания разряда. The objective of the invention is to reduce the ignition voltage of the discharge.
Задача достигается тем, что в рабочую среду лампы тлеющего разряда низкого давления, содержащую тяжелый инертный газ аргон или криптон, или ксенон и галогеноноситель, содержащий хлор, добавляется гелий или неон, или их смесь, причем давление легкого инертного газа или смесей легких инертных газов выбирается из соотношения 0,1 P2 ≅ P1 ≅ 3 P2, где P1 давление добавляемых легких инертных газов или их смесей, P2 давление смеси тяжелого инертного газа с хлорсодержащим галогеноносителем
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая рабочая среда лампы отличается от известного введением компонента широкоупотребляемого в лазерных средах, причем в существенно меньших количествах и не употребляемого в лампах. При изучении других известных технических решений не был выявлен положительный эффект от введения признака, отличающий данное изобретение от прототипа и потому он обеспечивает заявляемому техническому решению соответствие критериям "существенные отличия" и "новизна".The objective is achieved by the fact that helium or neon, or a mixture of them, is added to the working medium of a low-pressure glow discharge lamp containing heavy inert gas argon or krypton, or xenon and a halogen-containing carrier, and the pressure of a light inert gas or mixtures of light inert gases is selected from the ratio of 0.1 P 2 ≅ P 1 ≅ 3 P 2 , where P 1 is the pressure of added light inert gases or mixtures thereof, P 2 is the pressure of a mixture of heavy inert gas with a chlorine-containing halogen
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed working environment of the lamp differs from the known introduction of the component is widely used in laser environments, and in significantly smaller quantities and not used in lamps. In the study of other known technical solutions, there was no positive effect from the introduction of the feature that distinguishes this invention from the prototype and therefore it provides the claimed technical solution with the criteria for "significant differences" and "novelty."
Полученный эффект снижения напряжения зажигания разряда обусловлен большим коэффициентом вторичной электронной эмиссии с катода под действием легких инертных газов по сравнению с ионами тяжелых инертных газов. Увеличение выхода электронов из катода обеспечивает условие зажигания самостоятельного разряда при существенно меньшем значении напряжения на электродах лампы. Снижение напряжения горения тлеющего разряда низкого давления обусловлено увеличением дрейфовой скорости электронов в таких смесях, что снижает сопротивление плазмы разряда. The obtained effect of reducing the ignition voltage of the discharge is due to the large coefficient of secondary electron emission from the cathode under the influence of light inert gases in comparison with ions of heavy inert gases. An increase in the electron exit from the cathode provides the condition for ignition of an independent discharge at a significantly lower voltage value on the lamp electrodes. The decrease in the burning voltage of a low-pressure glow discharge is caused by an increase in the electron drift velocity in such mixtures, which reduces the resistance of the discharge plasma.
Примеры исследования напряжения зажигания лампы тлеющего разряда пониженного давления с использованием предлагаемой рабочей среды. Examples of studies of the ignition voltage of a lamp of a glow discharge of reduced pressure using the proposed working environment.
Возбуждение рабочей среды осуществлялось в двух типах излучателей: в качестве одного использовалась кварцевая трубка с внутренним диаметром 3.2 см и длиной 75 см с полыми электродами (излучатель 1), а в качестве второго излучателя использовалась коаксиальная конструкция при длине и зазоре межэлектродного промежутка соответственно 40 и 0.8 см с охлаждением внутренней стенки (излучатель 2). Охлаждение внутренней трубки излучателя 2 позволяло осуществлять работу при повышенных (до 130 Вт) средних мощностях излучения. Генератор накачки позволял создавать на рабочих электродах высокое напряжение, регулируемое в диапазоне от 0 до 10 кВ и поддерживать ток до 500 мА. Рабочие смеси готовились в отдельном смесителе, после чего напускались в излучатель исследуемой лампы. Общие давления смесей в экспериментах не превышали 10 Торр. The working medium was excited in two types of emitters: a quartz tube with an inner diameter of 3.2 cm and a length of 75 cm with hollow electrodes (emitter 1) was used as one, and a coaxial design with a length and gap of the interelectrode gap of 40 and 0.8, respectively, was used cm with cooling of the inner wall (emitter 2). The cooling of the inner tube of the emitter 2 made it possible to operate at increased (up to 130 W) average radiation powers. The pump generator made it possible to create high voltage on the working electrodes, adjustable in the range from 0 to 10 kV and maintain a current of up to 500 mA. Working mixtures were prepared in a separate mixer, after which they were poured into the emitter of the lamp under study. The total pressure of the mixtures in the experiments did not exceed 10 Torr.
В излучателе 2 при возбуждении бинарной смеси Kr(85,7%) с CI2 (14,3%) и общем давлении 4,5 Торр напряжение зажигания разряда составляло 5,4 кВ. Добавление в смесь 20% гелия или неона с одновременным сохранением общего давления и долевого соотношения криптона и молекулярного хлора снижало напряжение зажигания до 4,4 и 4,8 кВ соответственно. В указанном случае, кроме того, происходило увеличение средней мощности излучения, которое, например, при энерговкладе 650 Дж превышало уровень мощности бинарной смеси Kr-CI2 в 1,1 и 1,4 раза при добавке неона и гелия соответственно.In emitter 2, upon excitation of a binary Kr mixture (85.7%) with CI 2 (14.3%) and a total pressure of 4.5 Torr, the discharge ignition voltage was 5.4 kV. Adding 20% helium or neon to the mixture while preserving the total pressure and fractional ratio of krypton and molecular chlorine reduced the ignition voltage to 4.4 and 4.8 kV, respectively. In this case, in addition, there was an increase in the average radiation power, which, for example, at an energy input of 650 J exceeded the power level of the binary Kr-CI 2 mixture by 1.1 and 1.4 times with the addition of neon and helium, respectively.
В излучателе 1 при возбуждении бинарной смеси Хе(75%) с CI2(15%) и общим давлении 1,5 Торр напряжение зажигания разряда составляло 10 кВ. Добавление в смесь 43% гелия или неона с одновременным сохранением общего давления и долевого соотношения криптона и молекулярного хлора снижало напряжение зажигания до 5,0 и 4,5 кВ соответственно и происходило увеличение мощности излучения, которое, например, при энерговкладе 200 Дж превышало уровень мощности бинарной смеси Kr-CI2 в 1,5 и 1,4 раза при добавке неона и гелия соответственно. Таким образом, в обоих приведенных случаях добавка легкого инертного газа не только уменьшала разницу между напряжением зажигания и горения, но и способствовала увеличению средней мощности излучения.In the emitter 1, upon excitation of a binary mixture Xe (75%) with CI 2 (15%) and a total pressure of 1.5 Torr, the discharge ignition voltage was 10 kV. The addition of 43% helium or neon to the mixture while maintaining the total pressure and the fractional ratio of krypton and molecular chlorine reduced the ignition voltage to 5.0 and 4.5 kV, respectively, and the radiation power increased, which, for example, at an energy input of 200 J exceeded the power level binary mixture Kr-CI 2 1.5 and 1.4 times with the addition of neon and helium, respectively. Thus, in both cases, the addition of a light inert gas not only reduced the difference between the ignition and combustion voltages, but also contributed to an increase in the average radiation power.
Содержание добавки легкого инертного газа ограничивается уменьшением доли излучения рабочей эксиплексной молекулы в общей эмиссии и ухудшением однородности горения объемного разряда, что ухудшает охлаждение рабочих электродов и КПД устройства при трехкратном превышении доли добавки легкого инертного газа совокупной доли оставшихся двух компонент. The content of the light inert gas additive is limited by a decrease in the radiation fraction of the working exciplex molecule in the total emission and deterioration of the uniformity of volumetric combustion, which impairs the cooling of the working electrodes and the efficiency of the device when the share of the light inert gas additive triples the total share of the remaining two components.
Уменьшение напряжения зажигания в средах на галоидах инертных газов может быть использовано при создании простых в эксплуатации и более безопасных источников питания. Reducing the ignition voltage in inert gas halide media can be used to create simpler and safer power supplies.
Claims (1)
0,1 P2 ≅ P1 ≅ 3 P2,
где P1 давление добавляемых легких инертных газов или их смесей;
P2 давление смеси тяжелого инертного газа с хлорсодержащим галогеноносителем.The working environment of the lamp of a low pressure glow discharge, containing a mixture of a heavy inert gas of argon, krypton or xenon with a chlorine-containing halogen carrier, characterized in that the mixture further comprises a light inert gas or a mixture of light inert gases, for example helium or neon, the pressure of which satisfies the ratio
0.1 P 2 ≅ P 1 ≅ 3 P 2 ,
where P 1 is the pressure of added light inert gases or mixtures thereof;
P 2 pressure of a mixture of a heavy inert gas with a chlorine-containing halogen carrier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95121858A RU2089962C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Low-pressure glow lamp working medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95121858A RU2089962C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Low-pressure glow lamp working medium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2089962C1 true RU2089962C1 (en) | 1997-09-10 |
| RU95121858A RU95121858A (en) | 1997-12-10 |
Family
ID=20175049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95121858A RU2089962C1 (en) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | Low-pressure glow lamp working medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2089962C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376972B1 (en) | 1998-11-19 | 2002-04-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Powerful glow discharge excilamp |
| EP3961673A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-02 | USHIO Denki Kabushiki Kaisha | Excimer lamp and light irradiation device |
| WO2022184462A1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-09 | Signify Holding B.V. | Radiation generating system with a krcl excimer lamp |
| WO2022184634A1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-09 | Signify Holding B.V. | Radiation generating system with a krcl excimer lamp |
-
1995
- 1995-12-26 RU RU95121858A patent/RU2089962C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. V.N.Ischenko, V.N.Lisitsyn and Rarher, Opt.Commun. 21 (1977), с.30. 2. Pobert C. Sze and Peter B.Scott, Appl.Phys. hetters, 33 (1978), с.419. 3. R.S.Tayhor, K.E.Leopold, K.O.Tan, Appl. Phys. Lett., 59 (1991), с.525. 4. Головицкий А.П. Письма в ЖТФ N 18, 1992, с.73. 5. Головицкий А.П., Кан С.Н. Оптика и спектроскопия, N 75, 1993, с.604. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376972B1 (en) | 1998-11-19 | 2002-04-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Powerful glow discharge excilamp |
| EP3961673A1 (en) * | 2020-08-28 | 2022-03-02 | USHIO Denki Kabushiki Kaisha | Excimer lamp and light irradiation device |
| US11501963B2 (en) | 2020-08-28 | 2022-11-15 | Ushio Denki Kabushiki Kaisha | Excimer lamp and light irradiation device |
| WO2022184462A1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-09 | Signify Holding B.V. | Radiation generating system with a krcl excimer lamp |
| WO2022184634A1 (en) * | 2021-03-05 | 2022-09-09 | Signify Holding B.V. | Radiation generating system with a krcl excimer lamp |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Burnham et al. | Xenon fluoride laser excitation by transverse electric discharge | |
| Waymouth | Electrical discharge lamps | |
| US4937496A (en) | Xenon short arc discharge lamp | |
| Goncz | Resistivity of xenon plasma | |
| US4802183A (en) | Microwave excited excimer laser and method | |
| Apollonov et al. | Feasibility of increasing the output energy of a nonchain HF (DF) laser | |
| RU2089962C1 (en) | Low-pressure glow lamp working medium | |
| US20220068626A1 (en) | Excimer lamp and light irradiation device | |
| Rothe et al. | Analysis of a spark-preionized large-volume XeF and KrF discharge laser | |
| US4301425A (en) | XeCl Avalanche discharge laser employing Ar as a diluent | |
| Collier et al. | High-efficiency infrared xenon laser excited by a UV preionized discharge | |
| Sosnin et al. | A planar XeCl-exilamp pumped by a low-pressure glow discharge | |
| EP0257096A1 (en) | Optically pumped divalent metal halide lasers | |
| US4606030A (en) | Vacuum ultraviolet laser | |
| Kitamura et al. | Small-signal gain measurements in a discharge-pumped F2 laser | |
| Skakun et al. | KrCl and XeCl exciplex glow discharge lamps with an output power of∼ 1.5 kW | |
| Boichenko et al. | Efficient emission from an He—Xe—NF3 mixture pumped by a glow discharge | |
| Panchenko et al. | Barrier-discharge-excited coaxial excilamps with the enhanced pulse energy | |
| Basov et al. | High-pressure ultraviolet laser utilizing Ar+ N2 mixture | |
| Rocca et al. | Electron beam pumped CW Se II laser | |
| US4068194A (en) | Laser system | |
| RU2793616C1 (en) | Method for pumping in gas-discharge pulse lasers | |
| Bokhan et al. | Investigations on the collisional He+ Eu II laser with longitudinal gas discharge excitation at pressures up to 5 atm | |
| Boichenko et al. | Akademicheskii pr. 4, Tomsk, 634055 Russia | |
| Brink | A small-scale CW HF laser based on a hollow-cathode discharge |