RU2089971C1 - Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture - Google Patents

Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2089971C1
RU2089971C1 RU95117515A RU95117515A RU2089971C1 RU 2089971 C1 RU2089971 C1 RU 2089971C1 RU 95117515 A RU95117515 A RU 95117515A RU 95117515 A RU95117515 A RU 95117515A RU 2089971 C1 RU2089971 C1 RU 2089971C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lamp
current
voltage
working mixture
pumping
Prior art date
Application number
RU95117515A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95117515A (en
Inventor
А.Н. Панченко
Э.А. Соснин
В.Ф. Тарасенко
Original Assignee
Институт сильноточной электроники СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт сильноточной электроники СО РАН filed Critical Институт сильноточной электроники СО РАН
Priority to RU95117515A priority Critical patent/RU2089971C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2089971C1 publication Critical patent/RU2089971C1/en
Publication of RU95117515A publication Critical patent/RU95117515A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: lighting engineering. SUBSTANCE: voltage is applied to lamp electrodes and current is passed through working mixture. Voltage is supplied in unipolar pulses of length t chosen from condition 10-5s ≅ t ≅ 10-2 and amplitude exceeding firing voltage and sufficient to pass unipolar current through lamp, average density j of current being for each voltage pulse within the range of 10-2A/cm2s ≅ j ≅ 10-1A/cm2 within time t1 found from expression 0,25 ≅ t1≅ 0,7t. EFFECT: improved mean radiation power and efficiency of lamp. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области светотехники, более конкретно к способам накачки ламп тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси. Подобные лампы последнее время интенсивно исследуется и начинают применяться в науке и технике. The invention relates to the field of lighting, and more particularly to methods for pumping glow lamps with electronegative gases in a working mixture. Such lamps have been intensively studied recently and are beginning to be used in science and technology.

Известны способы накачки ламп тлеющего разряда с электроотрицательными газами, заключающиеся в пропускании постоянного тока через лампу [1,2] При реализации этих способов накачки благодаря правильному выбору рабочей смеси получены сравнительно высокие эффективности излучения на молекулах KrCl* и XeCl*. Однако при накачке постоянным током распределение мощности излучения по длине лампы неравномерное.Known methods for pumping glow lamps with electronegative gases, which include passing direct current through a lamp [1,2]. When these pump methods were implemented, due to the correct choice of the working mixture, comparatively high radiation efficiencies were obtained for KrCl * and XeCl * molecules. However, when pumped with direct current, the distribution of radiation power along the length of the lamp is uneven.

Известны также способы накачки ламп тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси, основанные на пропускании импульсов тока через рабочую смесь [3-5] Способ [5] по совокупности существенных признаков выбран нами в качестве прототипа. Из-за неоптимальных параметров импульсов накачки (плотности тока, длительности импульса, соотношения между длительностью импульса и длительностью паузы между импульсами), а также состава рабочей смеси в указанных способах получены низкие средние мощности излучения и КПД, в частности на переходах молекул KrCl* и XeCl*.There are also known methods of pumping glow lamps with electronegative gases in the working mixture, based on passing current pulses through the working mixture [3-5] The method [5] for the set of essential features we have chosen as a prototype. Due to the non-optimal parameters of the pump pulses (current density, pulse duration, the relationship between the pulse duration and the pause duration between pulses), as well as the composition of the working mixture, low average radiation powers and efficiencies were obtained in these methods, in particular, on transitions of KrCl * and XeCl molecules * .

Задачей настоящего изобретения является повышение средней мощности излучения и КПД лампы. The present invention is to increase the average radiation power and efficiency of the lamp.

Решение указанной задачи достигается тем, что в известном способе накачки лампы тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси, заключающемся в подаче напряжения на электроды и пропускании тока через рабочую смесь, согласно изобретению напряжение подают однополярными импульсами длительностью t, выбранной из условия 10-5c ≅ t ≅ 10-2с, и величиной амплитуды, превышающей величину напряжения зажигания разряда и достаточной для пропускания через лампу однополярного тока, величина средней плотности j которого для каждого импульса напряжения лежит в пределах 10-2A/см2 ≅ j ≅ 10-1A/см2, в течение времени t1, определяемого соотношением 0,25t ≅ t1 ≅ 0,7t.The solution to this problem is achieved by the fact that in the known method of pumping a glow discharge lamp with electronegative gases in a working mixture, which consists in applying voltage to the electrodes and passing current through the working mixture, according to the invention, the voltage is supplied by unipolar pulses of duration t, selected from condition 10 -5 s ≅ t ≅ 10 -2 s, and the value of the amplitude value exceeding the discharge initiation voltage and sufficient to pass through the lamp unipolar current, average density value for each j which counts lsa voltage lies in the range of 10 -2 A / cm 2 ≅ j ≅ 10 -1 A / cm 2 for a time t 1, the relation defined 0,25t ≅ t 1 ≅ 0,7t.

При подаче импульсов напряжения на электроды лампы происходит пробой рабочего газа, приводящий к протеканию однополярного тока через лампу во время действия импульса напряжения. При протекании тока рабочая смесь возбуждается и ионизируется. Далее в результате плазмохимических реакций образуются эксиплексные молекулы RX*, излучение которых является полезным излучением лампы.When voltage pulses are applied to the lamp electrodes, a breakdown of the working gas occurs, leading to the flow of a unipolar current through the lamp during the action of the voltage pulse. When current flows, the working mixture is excited and ionized. Further, as a result of plasma-chemical reactions, exciplex RX * molecules are formed, the radiation of which is the useful radiation of the lamp.

На фиг.1 представлена схема устройства, с помощью которого реализируется заявляемый способ; на фиг.2 график зависимости КПД лампы от плотности тока. Figure 1 presents a diagram of a device with which the inventive method is implemented; figure 2 is a graph of the efficiency of the lamp on current density.

Схема устройства содержит импульсный источник накачки 1 и цилиндрическую кварцевую трубку 2, на торцах которой установлены патрубок для откачки и напуска рабочей смеси 3 и электроды 4. Кварцевая трубка 2 с электродами 4 является излучателем лампы. The device diagram contains a pulsed pump source 1 and a cylindrical quartz tube 2, at the ends of which there is a pipe for pumping and filling the working mixture 3 and electrodes 4. The quartz tube 2 with electrodes 4 is a lamp emitter.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В излучатель лампы напускается рабочая смесь, например смесь криптона с хлором, и включается источник (генератор) накачки 1, который обеспечивает подачу на электроды 4 однополярных импульсов напряжения с длительностью 10-5с ≅ t ≅ 10-2с и величиной амплитуды, превышающей величину напряжения пробоя рабочей смеси, что приводит к развитию импульсного разряда между электродами 4. После пробоя рабочей смеси источник накачки 1 обеспечивает через излучатель лампы протекание тока со средней плотностью j, величина которой лежит в пределах 10-2A/см2 ≅ j ≅ 10-1A/см2, в течение времени t1, определяемого соотношением 0,25t ≅ t1 ≅ 0,7t. При протекании тока через рабочую смесь в результате возбуждения и ионизации криптона и диссоциативного прилипания электронов к Cl2 (для смеси Kr-Cl2) преимущественно за счет гарпунной реакции образуются молекулы KrCl*, которые ≈80% энергии излучают на переходе В-Х, λ ≈ 222 нм. Работа при вышеуказанных диапазонах параметров позволяет получать максимальные эффективности и средние мощности излучения при сравнительно равномерном распределении плотности излучения по длине лампы.A working mixture is injected into the lamp emitter, for example, a mixture of krypton with chlorine, and pump source (generator) 1 is turned on, which provides unipolar voltage pulses to the electrodes 4 with a duration of 10 -5 s ≅ t ≅ 10 -2 s and an amplitude value exceeding the value the breakdown voltage of the working mixture, which leads to the development of a pulsed discharge between the electrodes 4. After the breakdown of the working mixture, the pump source 1 provides a current with an average density j passing through the lamp emitter, the value of which lies within 10 -2 A / cm 2 через j ≅ 10 -1 A / cm 2 during the time t 1 determined by the ratio of 0.25t ≅ t 1 ≅ 0.7t. When current flows through the working mixture as a result of excitation and ionization of krypton and dissociative attachment of electrons to Cl 2 (for the Kr-Cl 2 mixture), mainly KrCl * molecules are formed due to the harpoon reaction, which emit ≈80% of the energy emitted at the B – X, λ transition ≈ 222 nm. Work with the above ranges of parameters allows you to get maximum efficiency and average radiation power with a relatively uniform distribution of radiation density along the length of the lamp.

В качестве примера приведем результаты реализации заявляемого способа при получении излучения на молекулах KrCl*, l ≈ 222 нм, в смесях Kr-Cl2(HCl), обосновав указанные пределы по плотности тока, длительности импульса тока и соотношение между длительностями импульсов тока и пауз между импульсами тока. Так, при проведении испытаний была получена средняя мощность излучения в области l ≈ 222 и 308 нм >100 Вт при КПД до 14% что существенно превышает результаты, полученные в прототипе [5] и аналогах [1-4]
С увеличением плотности тока КПД вначале возрастает, достигает максимума при j ≈ 3•10-2А/см2, а затем начинает уменьшаться. Так, при j ≈ 10-1A/см2 КПД излучения молекул KrCl* уменьшился в 2 раза. Экспериментально полученная зависимость КПД от плотности тока приведена на фиг. 2. При уменьшении плотности тока j <10-2A/см2 разряд становится нестабильным и мощность излучения уменьшается на порядок и более. На основании этих и подобных экспериментов и был выбран диапазон заявляемых плотностей тока.
As an example, we present the results of the implementation of the proposed method when receiving radiation on KrCl * molecules, l ≈ 222 nm, in Kr-Cl 2 (HCl) mixtures, substantiating the indicated limits for current density, current pulse duration, and the relationship between current pulse durations and pauses between current pulses. So, when conducting tests, the average radiation power was obtained in the region l ≈ 222 and 308 nm> 100 W with an efficiency of up to 14%, which significantly exceeds the results obtained in the prototype [5] and analogues [1-4]
With increasing current density, the efficiency initially increases, reaches a maximum at j ≈ 3 • 10 -2 A / cm 2 , and then begins to decrease. So, at j ≈ 10 -1 A / cm 2 the radiation efficiency of KrCl * molecules decreased by 2 times. The experimentally obtained dependence of the efficiency on the current density is shown in FIG. 2. With a decrease in current density j <10 -2 A / cm 2, the discharge becomes unstable and the radiation power decreases by an order of magnitude or more. Based on these and similar experiments, the range of the claimed current densities was chosen.

При длительностях импульсов ≥ 10-2с, когда разряд приближается к непрерывному начинает ухудшаться распределение плотности мощности излучения по длине трубки, подобно [4] а также уменьшаются в стационарном режиме на ≈15% средняя мощность излучения и КПД. При сокращении длительности импульсов <10-5с средняя мощность и КПД также начинают уменьшаться из-за того, что время формирования разряда становится соизмеримым с длительностью импульсов тока. Отметим, что при длительностях импульсов ≅ 5•10-7c эффективность и средняя мощность излучения уменьшаются более чем на порядок.For pulse durations ≥ 10 -2 s, when the discharge approaches a continuous one, the distribution of the radiation power density along the tube length begins to deteriorate, similar to [4] and the average radiation power and efficiency decrease by ≈15% in the stationary mode. When reducing the pulse duration <10 -5 s, the average power and efficiency also begin to decrease due to the fact that the discharge formation time becomes comparable with the duration of the current pulses. Note that for pulse durations of ≅ 5 • 10 -7 s, the efficiency and average radiation power decrease by more than an order of magnitude.

Замена однополярных импульсов накачки на двухполярные в оптимальных условиях приводила к снижению средней мощности излучения и КПД более чем на 25%
Изменение соотношения между длительностью импульса тока и длительностью паузы между импульсами показало, что при t1≥ 0,7t режим накачки начинает приближаться к режиму накачки непрерывным током, что приводит к снижению КПД лампы и ухудшению однородности распределения средней мощности излучения по длине лампы. Так, для KrCI-лампы при t1 > 0,7t средняя мощность излучения уменьшилась на 15% При t1 0,25t для KrCI-лампы КПД излучения уменьшился на 30% и далее при t1 > 0,25t продолжал уменьшаться.
Replacing unipolar pump pulses with bipolar ones under optimal conditions led to a decrease in the average radiation power and efficiency by more than 25%
A change in the ratio between the duration of the current pulse and the duration of the pause between pulses showed that for t 1 ≥ 0.7t the pump mode begins to approach the pump mode with a continuous current, which leads to a decrease in the lamp efficiency and a deterioration in the uniformity of the distribution of the average radiation power along the lamp length. So, for a KrCI lamp at t 1 > 0.7t, the average radiation power decreased by 15%. At t 1 0.25t for a KrCI lamp, the radiation efficiency decreased by 30% and then continued to decrease at t 1 > 0.25t.

Кроме излучения молекул KrCI*, нами также были исследованы параметры накачки и излучения молекул XeCI*, l ≈ 308 нм, как в двойных смесях Xe CI2 (HCI), так и в тройных с буферными газами гелием или неоном и были получены аналогичные результаты. Измерения для смесей Xe NF3, в которых излучают молекулы XeF*, l ≈ 305 нм, проведенные для более узкого диапазона параметров по плотностям тока и длительностям импульсов, также подтверждают указанные в предлагаемом изобретении параметры по плотностям тока и длительностям.In addition to the emission of KrCI * molecules, we also studied the parameters of pumping and emission of XeCI * molecules, l ≈ 308 nm, both in binary mixtures of Xe CI 2 (HCI) and in ternary mixtures with buffer gases helium or neon, and similar results were obtained. Measurements for Xe NF 3 mixtures in which XeF * molecules emit, l ≈ 305 nm, performed for a narrower range of parameters for current densities and pulse durations also confirm the parameters for current densities and durations indicated in the present invention.

Источники информации
1. А.П. Головинский. Возможности создания эффективных ультра- фиолетовых излучателей на основе непрерывного тлеющего разряда в смесях инертных газов и галогенов // Письма в ЖТФ, т.18, с.73-76, 1992.
Sources of information
1. A.P. Golovinsky. Possibilities of creating effective ultraviolet emitters based on a continuous glow discharge in mixtures of inert gases and halogens // Letters in ZhTF, vol. 18, p. 73-76, 1992.

2. А. П. Головинский. В.С. Кан. Характеристики ультрафиолетового эксимерного излучения непрерывного тлеющего разряда низкого давления // Оптика и спектроскопия, т.75, в.3, с.604-609, 1993. 2. A.P. Golovinsky. V.S. Kahn. Characteristics of ultraviolet excimer radiation of a continuous glow discharge of low pressure // Optics and Spectroscopy, vol. 75, v. 3, pp. 604-609, 1993.

3. В.А. Визирь, В.С. Скакун, Г.В. Сморудов, Э.А. Соснин, В.Ф. Тарасенко, Е. А. Фомин. Коаксиальные эксилампы, накачиваемые барьерным и продольным разрядами // Квантовая электроника, т.22, N 5, с.519-522, 1995. 3. V.A. Vizier, V.S. Skakun, G.V. Smorudov, E.A. Sosnin, V.F. Tarasenko, E.A. Fomin. Coaxial excilamps pumped by barrier and longitudinal discharges // Quantum Electronics, vol. 22, No. 5, pp. 519-522, 1995.

4. H. Kumagai, M. Obara. Theoretikal and Experimental Study of KrF Fluorescence in a Multimicrosecond Longitudinal Discharge // IEEE Transactions on Plasma Science, v.16, N 4, p.453-458. 4. H. Kumagai, M. Obara. Theoretical and Experimental Study of KrF Fluorescence in a Multimicrosecond Longitudinal Discharge // IEEE Transactions on Plasma Science, v. 16, No. 4, p. 453-458.

5. R.S. Taylor, K.E. Leopold, and K.O. Tan. Continuons B-X excimer fluorescence using direct current discharge excitation // Appl. Phys. Lett. v. 59, N 5, p.525-527, 1991. 5. R.S. Taylor, K.E. Leopold, and K.O. Tan. Continuons B-X excimer fluorescence using direct current discharge excitation // Appl. Phys. Lett. v. 59, N 5, p. 525-527, 1991.

Claims (1)

Способ накачки лампы тлеющего разряда с электроотрицательными газами в рабочей смеси, заключающийся в подаче напряжения на электроды и пропускании тока через рабочую смесь, отличающийся тем, что напряжение подают однополярными импульсами длительностью t, выбранной из условия 10-5 с ≅ t ≅ 10-2 с, и величиной амплитуды, превышающей величину напряжения зажигания разряда и достаточной для пропускания через лампу однополярного тока, величина j средней плотности которого для каждого импульса напряжения лежит в пределах 10-2 А/см2 ≅ j ≅ 10-1 А/см2, в течение времени t1, определяемого соотношением 0,25 t ≅ t1 ≅ 0,7 t.The method of pumping a glow discharge lamp with electronegative gases in the working mixture, which consists in applying voltage to the electrodes and passing current through the working mixture, characterized in that the voltage is supplied by unipolar pulses of duration t, selected from the condition 10 - 5 s ≅ t ≅ 10 - 2 s , and with an amplitude value exceeding the value of the discharge ignition voltage and sufficient for passing a unipolar current through the lamp, the average density j of which for each voltage pulse is in the range 10 - 2 A / cm 2 ≅ j ≅ 10 - 1 A / cm 2 , during the time t 1 defined by the relation 0.25 t ≅ t 1 ≅ 0.7 t.
RU95117515A 1995-10-16 1995-10-16 Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture RU2089971C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95117515A RU2089971C1 (en) 1995-10-16 1995-10-16 Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95117515A RU2089971C1 (en) 1995-10-16 1995-10-16 Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2089971C1 true RU2089971C1 (en) 1997-09-10
RU95117515A RU95117515A (en) 1997-11-10

Family

ID=20172866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95117515A RU2089971C1 (en) 1995-10-16 1995-10-16 Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2089971C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Головинский А.П., Кан В.С. Характеристики ультрафиолетового эксимерного излучения непрерывного тлеющего разряда низкого давления. - Оптика и спектроскопия, т.75, в.3, с. 604 - 609, 1993. Taylor R.S. Leopold K.E. and Tan K.O., Continnons B - X excimer fluorescence using direct current discharge excitation., Appl. Phys. Lett., v. 59, N 5, p. 525 - 527, 1991. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4450568A (en) Pumping a photolytic laser utilizing a plasma pinch
Baksht et al. Discharge lasers pumped by generators with inductive energy storage
RU2089971C1 (en) Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture
Panchenko et al. Efficient gas lasers pumped by double-discharge circuits with semiconductor opening switch
Astadjov et al. Temporal and radial evolution of the populations of CuI levels in the CuBr vapor laser
Tarasenko Excilamps as efficient UVVUV light sources
Lomaev et al. Cylindrical glow-discharge-pumped excimer lamps
Schriever Uniform Direct‐Current Discharges in Atmospheric Pressure He/N2/CO2 Mixtures Using Gas Additives
Treshchalov et al. Spectroscopic diagnostics of a pulsed discharge in high-pressure argon
Panchenko et al. Ultraviolet KrCl excilamps pumped by a pulsed longitudinal discharge
Levatter et al. Electron‐beam‐controlled discharge XeCl excimer laser
Panchenko et al. Pulsed gas lasers pumped by a runaway electron initiated discharge
Panchenko et al. Barrier-discharge-excited coaxial excilamps with the enhanced pulse energy
RU2370850C2 (en) Method of generating pulsed ultraviolet radiation
Panchenko Efficient discharge lasers pumped by double-discharge circuits with semiconductor opening switch
RU42694U1 (en) SOURCE OF SPONTANEOUS VACUUM UV RADIATION
RU2189679C2 (en) Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats
Sosnin et al. Glow-and-barrier-discharge efficient excilamps
Tarasenko et al. Coaxial, cylindrical, and planar UV excilamps pumped by glow or barrier discharge
Shirai et al. Discharge-pumped vacuum ultraviolet Kr2* laser
Gosteev THE PHYSICAL AND TECHNICAL LIMITS OF THE CAPABILITIES OF LOW-TEMPERATURE NON-EQUILIBRIUM PLASMA (LTNP) TECHNOLOGIES OF ATMOSPHERIC PRESSURE
Shuaibov et al. Characteristics of a transverse RF discharge in Xe/Cl 2 mixtures
Alekseev et al. UV lasers on N2—SF6 and N2—NF3 mixtures pumped by transverse and longitudional discharges
RU2045102C1 (en) Plasma emitter of ions
RU2050707C1 (en) Method of control over gas discharge