RU2321919C1

RU2321919C1 - Ultraviolet radiation source

Info

Publication number: RU2321919C1
Application number: RU2006138756/09A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Анатольевич Соснин (RU); Эдуард Анатольевич Соснин; Виктор Федотович Тарасенко (RU); Виктор Федотович Тарасенко; Сергей Михайлович Авдеев (RU); Сергей Михайлович Авдеев; Евгений Борисович Чернов (RU); Евгений Борисович Чернов
Original assignee: Институт сильноточной электроники СО РАН
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-04-10

Abstract

FIELD: various fields of science and technology, such as photochemistry and photo medicine.

SUBSTANCE: proposed gaseous-discharge ultraviolet radiation source has gas-filled quartz crystal flask and set of electrodes. Arbitrary-geometry flask surface is coated with hafnone or zirconium nanometric film transparent in radiation band of source.

EFFECT: reduced ozone concentration in environment.

1 cl

Description

Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам, используемым в фотомедицине и фотохимии.The invention relates to gas-discharge radiation sources, in particular to lamps used in photomedicine and photochemistry.

Имеется ряд ультрафиолетовых источников излучения, применяемых в фотомедицине и фотохимии для различных целей, например ртутные лампы, эксилампы и т.д. [1, 2]. Все они отличаются конструктивно и во всех случаях при их работе под воздействием УФ-излучения в воздушной среде вокруг них образуется озон, оказывающий неблагоприятное воздействие на организм человека.There are a number of ultraviolet radiation sources used in photomedicine and photochemistry for various purposes, for example, mercury lamps, excilamps, etc. [12]. All of them differ constructively and in all cases, when they work under the influence of UV radiation in the air, ozone is formed around them, which has an adverse effect on the human body.

Известные решения по снижению уровня озонирования состоят в том, что колбу лампы, содержащую электродную систему, помещают в кварцевую колбу большего диаметра, а пространство между ними заполняется парами серы [3] или смесью кислорода и азота [4], причем величина зазора между колбами влияет на пропускание ультрафиолетового излучения.Known solutions to reduce the level of ozonation are that the lamp bulb containing the electrode system is placed in a quartz bulb of a larger diameter, and the space between them is filled with sulfur vapor [3] or a mixture of oxygen and nitrogen [4], and the gap between the bulbs affects to transmit ultraviolet radiation.

Недостатком решения [3] является то, что пары серы выступают фильтром для излучения с длинами волн короче 400 нм, что делает газоразрядное устройство непригодным для получения УФ-излучения. Недостатком обоих решений [3, 4] является существенное усложнение процедуры изготовления источников излучения, что увеличивает их стоимость. Кроме того, следует отметить, что современные источники ультрафиолетового излучения [2, 5], например эксилампы барьерного разряда, обладают большим разнообразием в геометрии колбы (коаксиальная, планарная и т.д.). В этом случае технические решения, предложенные в [3, 4] для цилиндрической конструкции, неприменимы.The disadvantage of solution [3] is that sulfur vapor acts as a filter for radiation with wavelengths shorter than 400 nm, which makes the gas-discharge device unsuitable for receiving UV radiation. The disadvantage of both solutions [3, 4] is a significant complication of the manufacturing process of radiation sources, which increases their cost. In addition, it should be noted that modern sources of ultraviolet radiation [2, 5], for example, excilamps of a barrier discharge, have a great diversity in the geometry of the bulb (coaxial, planar, etc.). In this case, the technical solutions proposed in [3, 4] for a cylindrical structure are not applicable.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является решение, в котором для снижения уровня озонирования при изготовлении ламп используется плавленый кварц, допированный ионами титана, например кварц марок М 235, М 235 plus, HQL 235, HQL 250 фирмы Heraeus [6]. При этом кварц становится непрозрачным на длинах волн короче 250 нм. К недостатку этого технического решения относится сложность процедуры допирования кварца ионами титана. Кроме того, использование такого кварца имеет ограничения, так как границы пропускания излучения резкие, а ассортимент выпускаемых, т.н. «безозоновых» марок кварца, невелик. Например, кварц М 235 plus используется только для производства ртутных ламп среднего давления.The closest in technical essence to the invention is a solution in which to reduce the level of ozonation in the manufacture of lamps using fused silica doped with titanium ions, for example, quartz grades M 235, M 235 plus, HQL 235, HQL 250 from Heraeus [6]. In this case, quartz becomes opaque at wavelengths shorter than 250 nm. The disadvantage of this technical solution is the complexity of the procedure for doping quartz with titanium ions. In addition, the use of such quartz has limitations, since the transmission limits of the radiation are sharp, and the range of products, the so-called “Ozone-free” grades of quartz are small. For example, quartz M 235 plus is used only for the production of medium-pressure mercury lamps.

Задачей настоящего изобретения является снижение концентрации озона в окружающей среде при работе ультрафиолетовых ламп различной геометрии.The objective of the present invention is to reduce the concentration of ozone in the environment during operation of ultraviolet lamps of various geometries.

Технический эффект достигается тем, что в источнике излучения, состоящем из кварцевой колбы с газовой средой и электродной системы, согласно изобретению, поверхность кварцевой колбы произвольной геометрии покрыта нанопленкой гафнона (HfSiO₄) или циркона (ZrSiO₄), прозрачной в полосе излучения источника.The technical effect is achieved by the fact that in a radiation source consisting of a quartz flask with a gas medium and an electrode system according to the invention, the surface of a quartz flask of arbitrary geometry is coated with a nanofilm of hafnon (HfSiO ₄ ) or zircon (ZrSiO ₄ ), transparent in the emission band of the source.

Устройство работает следующим образом. После зажигания разряда в колбе возникает ультрафиолетовое излучение. Под его действием непосредственно у поверхности кварцевой колбы образуется наибольшее количество озона (О₃*), кроме того, образуются атомарный и молекулярный кислород (O₂, О). При столкновении с поверхностью колбы озон, взаимодействуя с гафноном или цирконом, образует перокисиды гафния и циркония. При этом концентрация озона падает. Далее, при столкновении с атомами кислорода пероксиды вновь переходят в свою начальную форму с выделением кислорода и могут быть вновь вовлечены в цикл разрушения озона. Пленки гафнона и циркона отличаются химической прочностью и не могут быть разрушены, и поэтому обеспечивают долгосрочный эффект по снижению концентрации озона.The device operates as follows. After ignition of the discharge, ultraviolet radiation occurs in the flask. Under its action, the largest amount of ozone (О ₃ *) is formed directly at the surface of the quartz flask, in addition, atomic and molecular oxygen (O ₂ , О) are formed. Upon collision with the surface of the flask, ozone, interacting with hafnon or zircon, forms peroxides of hafnium and zirconium. In this case, the ozone concentration decreases. Further, in a collision with oxygen atoms, peroxides revert to their initial form with oxygen evolution and can again be involved in the ozone destruction cycle. Hafnon and zircon films are chemically strong and cannot be destroyed, and therefore provide a long-term effect on reducing ozone concentration.

Решение обеспечивает снижение концентрации озона в окружающей среде и применимо к колбам ультрафиолетового источника любой геометрии.The solution provides a reduction in the concentration of ozone in the environment and is applicable to flasks of an ultraviolet source of any geometry.

Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.

В эксперименте предложенный источник представлял собой коаксиальную эксилампу барьерного разряда. Колба эксилампы имела диаметры внешней и внутренней трубок 43 и 20 мм, соответственно и длину 15 см. Колба была заполнена смесью газов Хе и Cl₂ в соотношении 200/1 при общем давлении 120 мм рт.ст. Внешний электрод в виде металлической сетки размещался на поверхности внешней трубки, а внутренний - сплошной, в виде металлической трубки - на внутренней поверхности внутренней трубки. На электроды от источника питания подавалось импульсное однополярное напряжение, что обеспечивало плотность мощности ультрафиолетового излучения на выходном окне 8 мВт/см². На поверхность колбы при соединении с диоксидом гафния создавалась пленка HfSiO₄, которая не меняла спектрального состава излучения источника. Для сравнения был взят такой же источник, но без покрытия.In the experiment, the proposed source was a coaxial excilamp of a barrier discharge. The excilamp flask had diameters of the outer and inner tubes of 43 and 20 mm, respectively, and a length of 15 cm. The flask was filled with a mixture of Xe and Cl ₂ gases in a ratio of 200/1 at a total pressure of 120 mm Hg. An external electrode in the form of a metal mesh was placed on the surface of the outer tube, and the inner one was solid, in the form of a metal tube on the inner surface of the inner tube. A pulsed unipolar voltage was applied to the electrodes from the power source, which ensured the power density of ultraviolet radiation at the output window of 8 mW / cm ² . When combined with hafnium dioxide, a HfSiO ₄ film was formed _{on the} surface of the flask, which did not change the spectral composition of the source radiation. For comparison, the same source was taken, but without coverage.

Во время работы источник помещался в герметичную емкость, через которую медленно прокачивался воздух. Далее озонированный воздух попадал в стандартный раствор крахмала с KI в дистиллированной воде, применяемый для индикации сильных окислителей. О концентрации озона можно было судить по степени превращения KI: изменение окраски раствора пропорционально растворенному в воде озону, что можно контролировать колориметрически. При барботировании раствора только воздухом его окраска не менялась.During operation, the source was placed in an airtight container through which air was slowly pumped. Further, ozonized air fell into a standard starch solution with KI in distilled water, used to indicate strong oxidizing agents. The ozone concentration could be judged by the degree of KI conversion: the color change of the solution is proportional to the ozone dissolved in water, which can be controlled colorimetrically. When the solution was bubbled only with air, its color did not change.

Экспериментальные исследования заявляемого источника излучения показали, что в сравнении с аналогичным устройством без покрытия заявляемый источник обеспечивал в 7-8 раз меньшую скорость образования озона на стенке.Experimental studies of the inventive radiation source showed that, in comparison with a similar device without coating, the inventive source provided a 7-8 times lower rate of ozone formation on the wall.

Данное решение особенно пригодно для снижения уровня озона XeCl-эксиламп, используемых в медицине, например, в дерматологии для лечения кожных заболеваний.This solution is especially suitable for reducing the level of ozone XeCl-excilamps used in medicine, for example, in dermatology for the treatment of skin diseases.

Используемая литератураUsed Books

1. Справочная книга по светотехнике. - М.: Энергоатомиздат, 1983.1. Reference book on lighting. - M .: Energoatomizdat, 1983.

2. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Источники спонтанного ультрафиолетового излучения: физика процессов и экспериментальная техника. Эксилампы. - Томск: Томский государственный университет, 1999.2. Lomaev M.I., Panchenko A.N., Sosnin E.A., Tarasenko V.F. Sources of spontaneous ultraviolet radiation: process physics and experimental technology. Exilamps. - Tomsk: Tomsk State University, 1999.

3. Авторское свидетельство SU № 907637, Н01J 61/34, 1980.3. Copyright certificate SU No. 907637, H01J 61/34, 1980.

4. Авторское свидетельство SU № 1765857, Н01J 61/34, 1992.4. Copyright certificate SU No. 1765857, H01J 61/34, 1992.

5. Oppenlaender Т., Sosnin E. // IUVA News. V.7. № 4. Р.14-18.5. Oppenlaender T., Sosnin E. // IUVA News. V.7. No. 4. R.14-18.

6. Проспект компании Heraeus «Quartz Glass for Ultra High Pressure and high intensity discharge lamps». HQS-LM-DS-05/05.6. Heraeus Prospect Quartz Glass for Ultra High Pressure and high intensity discharge lamps. HQS-LM-DS-05/05.

Claims

An ultraviolet radiation source consisting of a quartz flask filled with a gaseous medium and an electrode system, characterized in that the surface of the flask of arbitrary geometry is coated with a nanofilm of hafnon or zircon, transparent in the emission band of the source.