RU2128867C1

RU2128867C1 - Low-pressure gas-discharge lamp

Info

Publication number: RU2128867C1
Application number: RU97109575A
Authority: RU
Inventors: А.И. Безлепкин; Ю.П. Петренко; Ю.А. Иванов; И.Ю. Иванов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Техноаналит"
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: mercury gas-discharge lamps for ultraviolet emitters. SUBSTANCE: device has bulb, which is filled with noble gas and mercury and contains spiral electrodes which caps are connected to terminals. Inner surface of bulb is covered with ring grooves which are filled with initiating medium. Ring grooves are located in plane which is perpendicular to lamp axis. Distance d between ring groove and spiral electrode and inner bulb diameter D conform to condition 0,5 ≤ d/D ≤ 0,9. Width of ring groove t is within range of 0.2-0.4 d. Initiating doping may be either zinc, cadmium, or binary zinc-cadmium alloy with weight percentage of cadmium within range of 20-35% and weight percentage of zinc within range of 65-85%. Emitting part of bulb is closed. EFFECT: increased output power in short-wave region of ultraviolet band, increased efficiency of destruction of organic materials in solution. 8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газоразрядным лампам, в частности к ртутным лампам низкого давления, излучающим преимущественно резонансные линии ртути и предназначенным для применения в УФ-облучателях различных типов. Известны конструкции ртутных ламп низкого давления, выполненные в виде U-образной колбы с установленными в них спиральными электродами и заполненные инертным газом и ртутью. [1,2,3]. The invention relates to discharge lamps, in particular to low-pressure mercury lamps, emitting mainly resonant mercury lines and intended for use in various types of UV irradiators. Known designs of low-pressure mercury lamps, made in the form of a U-shaped bulb with spiral electrodes installed in them and filled with inert gas and mercury. [1,2,3].

Излучение в таких лампах возникает за счет инициирования дугового разряда в парах ртути. При этом выход резонансного излучения атомов ртути на длинах волн 184,9 и 253,7 нм тем больше, чем ниже давление ртути и инертного газа и составляет около 70% от всего излучения лампы. Известно [4], что максимальная мощность потока излучения атомов ртути на указанных длинах волн наблюдается при парциальном давлении паров ртути равном 0,01 мм.рт.ст. и давлении аргона 0,2-0,5 мм.рт.ст. Однако такое низкое давление аргона сильно ограничивает долговечность лампы и поэтому в промышленных образцах таких ламп давление аргона выбирают 2-3 мм.рт.ст. Radiation in such lamps arises from the initiation of an arc discharge in mercury vapor. In this case, the resonant emission of mercury atoms at wavelengths of 184.9 and 253.7 nm is greater, the lower the pressure of mercury and inert gas and about 70% of the total radiation of the lamp. It is known [4] that the maximum radiation flux power of mercury atoms at the indicated wavelengths is observed at a partial pressure of mercury vapor equal to 0.01 mm Hg. and argon pressure 0.2-0.5 mm Hg However, such a low argon pressure severely limits the lamp life and therefore, in industrial samples of such lamps, the argon pressure is chosen to be 2-3 mmHg.

Известна газоразрядная ртутная лампа низкого давления [5], являющаяся наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, содержащая наполненную инертным газом и ртутью U-образную колбу и установленные в ней спиральные электроды, соединенные цоколями со штырьками для подключения питающей сети. Known gas-discharge mercury lamp of low pressure [5], which is closest to the proposed invention by its technical nature and the achieved result, containing a U-shaped flask filled with inert gas and mercury and spiral electrodes installed in it, connected by socles to pins for connecting the supply network.

Однако известная лампа не обеспечивает высокой мощности потока излучения в УФ-области спектра 180 - 270 мм, излучение в которой обладает наиболее высокой степенью разрушающего воздействия на органические вещества, которые содержатся, например в анализируемом растворе, и мешают достоверному анализу. However, the known lamp does not provide a high power of the radiation flux in the UV region of the spectrum of 180 - 270 mm, the radiation in which has the highest degree of destructive effect on organic substances contained, for example, in the analyzed solution, and interfere with reliable analysis.

Основной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение мощности потока излучения в вышеуказанной коротковолновой части УФ-спектра для повышения эффективности разрушающего воздействия органических веществ в растворе. The main task solved by the invention is to increase the power of the radiation flux in the above short-wave part of the UV spectrum to increase the effectiveness of the destructive effect of organic substances in solution.

Данная задача решается тем, что в газоразрядной лампе низкого давления, содержащей наполненную инертным газом и ртутью колбу, в которой установлены спиральные электроды, соединенные цоколями с отводами для подключения питания, на внутренней поверхности колбы над спиральными электродами выполнены кольцевые канавки, заполненные инициирующим рабочим веществом. This problem is solved by the fact that in a low-pressure gas discharge lamp containing a flask filled with an inert gas and mercury, in which spiral electrodes are installed, connected by socles with taps for connecting power, annular grooves are made on the inner surface of the flask above the spiral electrodes, filled with an initiating working substance.

Целесообразно кольцевые канавки расположить в плоскости, перпендикулярной оси лампы, а расстояние d от кольцевой канавки до спирального электрода и внутренний диаметр колбы D должны удовлетворять условию 0,5 ≤ d/D ≤ 0,9. It is advisable to arrange the annular grooves in a plane perpendicular to the axis of the lamp, and the distance d from the annular groove to the spiral electrode and the inner diameter of the bulb D must satisfy the condition 0.5 ≤ d / D ≤ 0.9.

Целесообразно ширину кольцевой канавки t установить в пределах 0,2 - 0,4 d. It is advisable to set the width of the annular groove t in the range of 0.2 - 0.4 d.

Также предлагается в качестве инициирующего рабочего вещества выбрать такие металлы как цинк, кадмий или бинарный сплав с содержанием кадмия 25 - 35 вес.%, а цинка 65 - 80 вес.%. It is also proposed to select metals such as zinc, cadmium or a binary alloy with a cadmium content of 25 - 35 wt.%, And zinc 65 - 80 wt.% As an initiating working substance.

Для создания равномерного потока излучения в случае использования лампы для дезактивации органических веществ целесообразно излучающую часть колбы лампы выполнить замкнутой. Это особенно необходимо для случаев, когда лампа используется для дезактивации органических веществ в растворах, находящихся в кюветах, которые целесообразно устанавливать в один ряд между двумя параллельными участками колбы лампы. Выполнение излучающей части колбы лампы замкнутой позволяет наиболее оптимально и равномерно облучать все установленные кюветы. To create a uniform radiation flux in the case of using a lamp to deactivate organic substances, it is advisable to perform the emitting part of the lamp bulb closed. This is especially necessary for cases where the lamp is used to deactivate organic substances in solutions located in cuvettes, which are advisable to be installed in a row between two parallel sections of the lamp bulb. The implementation of the radiating part of the lamp bulb closed allows you to most optimally and evenly irradiate all installed cuvettes.

Веденные конструктивные признаки предлагаемой лампы, и указанные инициирующие рабочие вещества, находящиеся в кольцевых канавках вблизи горячих спиральных электродов, являются активным источником поступления атомов кадмия и цинка в разрядный канал лампы, увеличивая мощность потока излучения в коротковолновой УФ-области спектра, в которой наблюдается наиболее высокая степень разрушающего воздействия. Conducted design features of the proposed lamp, and these initiating working substances located in the annular grooves near the hot spiral electrodes, are an active source of cadmium and zinc atoms in the discharge channel of the lamp, increasing the power of the radiation flux in the short-wave UV region of the spectrum, in which the highest degree of destructive effect.

На чертеже представлен общий вид предлагаемой газоразрядной лампы низкого давления. The drawing shows a General view of the proposed discharge lamp low pressure.

Газоразрядная лампа имеет замкнутую в излучающей части колбу 1, выполненную, например из кварцевого стекла, прозрачного в спектральном диапазоне 175-3500 нм, установленные в ней спиральные электроды 2, соединенные цоколями 3 с отводами 4 для подключения питающей сети, кольцевые канавки 5. Колба наполнена основным рабочим веществом - ртутью (схематически показано на чертеже в виде позиции 6), а кольцевые канавки - инициирующим рабочим веществом 7. The gas discharge lamp has a bulb 1 closed in the radiating part, made of, for example, quartz glass, transparent in the spectral range 175-3500 nm, spiral electrodes 2 installed in it, connected by socles 3 with taps 4 for connecting the power supply, ring grooves 5. The bulb is filled the main working substance is mercury (shown schematically in the drawing as position 6), and the annular grooves are the initiating working substance 7.

Газоразрядная лампа работает следующим образом. При подключении питания в разрядной колбе 1 между спиральными электродами 2 первоначально инициируется дуговой разряд в смеси, например, аргон- ртуть, излучающий интенсивную резонансную УФ-радиацию в основном на двух длинах волн 184,5 нм и 253,7 нм. По мере нагрева кольцевых канавок 5 за счет тепла, излучаемого спиральными электродами 2 и обусловленного рекомбинационными процессами, на стенках колбы вследствие термического испарения начинается поступление в канал атомов разряда инициирующего рабочего вещества 7 - кадмия и/или цинка. Атомы кадмия и/или цинка, находясь в разрядном промежутке, возбуждаются и излучают характеристический для атомов кадмия и/или цинка линейчатый спектр с длинами волн для кадмия - 214,4; 226,5 и 228,8 нм, а для цинка - 202,5; 206,1 и 231,8 нм, тем самым увеличивая мощность потока излучения в коротковолновой области УФ-спектра. A gas discharge lamp operates as follows. When power is connected in the discharge flask 1 between the spiral electrodes 2, an arc discharge in the mixture is initially initiated, for example, argon-mercury emitting intense resonant UV radiation mainly at two wavelengths of 184.5 nm and 253.7 nm. As the annular grooves 5 are heated due to the heat emitted by the spiral electrodes 2 and caused by recombination processes, the initiation of the working substance 7, cadmium and / or zinc, into the channel of the discharge atoms begins on the walls of the flask due to thermal evaporation. The cadmium and / or zinc atoms, being in the discharge gap, are excited and emit a linear spectrum characteristic of cadmium and / or zinc atoms with wavelengths for cadmium - 214.4; 226.5 and 228.8 nm, and for zinc - 202.5; 206.1 and 231.8 nm, thereby increasing the power of the radiation flux in the short-wave region of the UV spectrum.

Выбор расстояния d от кольцевой канавки до спирального электрода и ширины кольцевой канавки осуществлялся экспериментальным путем. Установлено, что отношение расстояния d к внутреннему диаметру D колбы должно удовлетворять условию
0,5 ≤ d/D ≤ 0,9.The choice of the distance d from the annular groove to the spiral electrode and the width of the annular groove was carried out experimentally. It was established that the ratio of the distance d to the inner diameter D of the bulb should satisfy the condition
0.5 ≤ d / D ≤ 0.9.

Уменьшение или увеличение этого расстояния выше (ниже) указанных пределов приводит либо к перегреву дополнительного рабочего вещества и его распылению на стенки колбы либо, наоборот, к его недогреву, а следовательно, к сильному уменьшению концентрации атомов вещества в канале разряда. Нижний предел ширины t кольцевой канавки определялся технологическими требованиями, а выполнение ее более 0,4d не имело смысла из-за большого расхода кадмия и цинка. Выбор указанных пределов содержания компонентов в сплаве кадмий-цинк осуществлялся исходя из степени летучести их паров и приблизительно одинаковой удельной концентрации атомов кадмия и цинка в разрядном промежутке. A decrease or increase in this distance above (below) the indicated limits leads either to overheating of the additional working substance and its dispersal on the walls of the flask, or, conversely, to its underheating, and, consequently, to a strong decrease in the concentration of atoms of the substance in the discharge channel. The lower limit of the width t of the annular groove was determined by technological requirements, and its implementation of more than 0.4d did not make sense due to the high consumption of cadmium and zinc. The indicated limits for the content of components in the cadmium-zinc alloy were selected based on the degree of volatility of their vapors and approximately the same specific concentration of cadmium and zinc atoms in the discharge gap.

В заявляемой конструкции лампы при выбранных соотношениях за счет использования атомов кадмия и цинка мощность УФ-излучения лампы в спектральном диапазоне 180-270 нм увеличилась от 21 до 29% в зависимости от варианта наполнения кольцевой канавки. In the claimed lamp design, at the selected ratios due to the use of cadmium and zinc atoms, the UV radiation power of the lamp in the spectral range of 180-270 nm increased from 21 to 29% depending on the type of filling of the annular groove.

Предлагаемая конструкция газоразрядной лампы низкого давления позволяет значительно повысить эффективность разрушения органических веществ в растворе, мешающих надежному анализу растворов. The proposed design of a low-pressure discharge lamp can significantly increase the efficiency of the destruction of organic substances in solution, which interfere with reliable analysis of solutions.

Источники информации
1. Указатель нормативно-технических документов и параметров источников света, изд. Стандарт-электро, М., 1992, стр. 269.Sources of information
1. Index of regulatory and technical documents and parameters of light sources, ed. Standard Electro, M., 1992, p. 269.

2. Рекламный проспект-описание фирмы Heraeus Noblelight (Германия), международная выставка Acvatec-96, Амстердам, Голландия, 1996. 2. Promotional description of the company Heraeus Noblelight (Germany), international exhibition Acvatec-96, Amsterdam, Holland, 1996.

3. Каталог фирмы Osram (Германия). Лампы HNS1OW/U и HNS2OW/U. 3. Catalog of the company Osram (Germany). HNS1OW / U and HNS2OW / U lamps.

4. Г. Н. Рохлин, Разрядные источники света, М., Энергоатомиздат, 1991, стр. 353, 370. 4. G. N. Rokhlin, Discharge light sources, M., Energoatomizdat, 1991, p. 353, 370.

5. Патент Японии, N 04345746, 01.12.92, H 01 J 61/32, заявитель Toshiba Lighting & Technology Corporation. 5. Japanese Patent, N 04345746, 12/01/92, H 01 J 61/32, Applicant Toshiba Lighting & Technology Corporation.

Claims

1. A low-pressure gas discharge lamp containing a flask filled with an inert gas and mercury, spiral electrodes installed in it, connected by socles with pins, characterized in that annular grooves are made on the inner surface of the flask above the spiral electrodes, filled with an initiating working substance.

2. The lamp according to claim 1, characterized in that the annular grooves are located in a plane perpendicular to the axis of the lamp.

3. The lamp according to claim 1, characterized in that the distance d from the annular groove to the spiral electrode and the inner diameter of the bulb D must satisfy the following condition:
0.5 ≥ d / D ≥ 0.9.

4. The lamp according to claim 1, characterized in that the width of the annular groove t should be in the range of 0.2 - 0.4 d.

5. The lamp according to claim 1, characterized in that zinc is used as the initiating additive.

6. The lamp according to claim 1, characterized in that cadmium is used as an initiating additive.

7. The lamp according to claim 1, characterized in that a binary alloy is used as an initiating additive.

8. The lamp according to claim 7, characterized in that the zinc-cadmium alloy with a cadmium content in the range of 20 to 35 wt.%, Zinc in the range of 65 to 85 wt.% Is used as a binary alloy.

9. The lamp according to claim 1, characterized in that the radiating part of the lamp bulb is closed.