RU2559806C1 - Источник излучения - Google Patents
Источник излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559806C1 RU2559806C1 RU2014115917/07A RU2014115917A RU2559806C1 RU 2559806 C1 RU2559806 C1 RU 2559806C1 RU 2014115917/07 A RU2014115917/07 A RU 2014115917/07A RU 2014115917 A RU2014115917 A RU 2014115917A RU 2559806 C1 RU2559806 C1 RU 2559806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flask
- gas
- bulb
- discharge
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использовано в различных областях науки и техники, где необходимо ультрафиолетовое и вакуумное ультрафиолетовое излучение, например в фотохимии, фотобиологии, фотомедицине, микроэлектронике. Источник включает в себя разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод, расположенный во внутренней трубке колбы, заземленный электрод, расположенный на поверхности внешней трубки. При этом ось внутренней трубки колбы смещена относительно оси внешней трубки, образуя газоразрядный промежуток и буферный объем колбы, при этом колба ориентирована относительно вертикали на угол 45°<φ<75°, где φ - угол между газоразрядным промежутком и вертикалью, проходящей через центр внешней трубки в поперечном сечении колбы. Технический результат - увеличение ресурса и энергетической светимости. 2 ил.
Description
Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, и может быть использовано в различных областях науки и техники, где необходимо ультрафиолетовое и вакуумное ультрафиолетовое излучение, например в фотохимии, фотобиологии, фотомедицине, микроэлектронике.
Известные источники излучения на основе барьерного разряда предназначены для облучения поверхностей в несколько десятков квадратных сантиметров и выше, а разряд в них состоит из большого количества микроразрядов. Чаще всего в таких источниках используют колбу коаксиального типа и заполняют смесями инертных газов и галогенов или чистыми инертными газами. Ресурс работы этих устройств зависит от давления рабочей смеси газов, конструктивного исполнения и режима ввода энергии в газовую среду.
Известны источники излучения, содержащие разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод выполнен перфорированным и размещен на внешней поверхности колбы [1, 2]. Для увеличения срока службы таких приборов применяется внешнее охлаждение потоком воздуха или прокачка газовой смеси через рабочую зону [3]. В первом случае срок службы газоразрядного прибора ограничен, особенно при высоких уровнях возбуждения газовой среды. Во втором случае эксплуатация прибора ведет к высокому расходу газов, как правило, дорогостоящих. Кроме того применяется охлаждение внутренней трубки через помещенный в нее теплообменник с развитой поверхностью и имеющий хороший тепловой контакт с поверхностью кварцевой трубки [4]. Такой теплообменник сложен в изготовлении и требует использования компрессора для обеспечения прокачки воздуха через него.
Известны источники излучения, в которых для форсированного охлаждения газовой среды в колбе используется поток жидкости (воды), которая может контактировать непосредственно со стенками колбы или с металлическим радиатором, в который колба помещается [5, 6]. В этом случае недостатком является усложнение конструкции, а именно необходимость использования в качестве теплоносителя жидкости с большим удельным сопротивлением (деионизованная вода), внешнего теплообменника (и двойного контура охлаждения).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому источнику излучения является источник излучения [7], выбранный в качестве прототипа. Источник содержит разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя коаксиальными цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки и состоит из перфорированного сегмента и сплошного отражающего. При этом высоковольтный электрод выполнен так, что часть поверхности, расположенная напротив перфорированного сегмента электрода, прилегает к внутренней стенке колбы, образуя при этом газоразрядный и буферный объем колбы. Источник излучения может дополнительно содержать корпус, обеспечивающий охлаждение потоком воздуха. Источник питания может быть размещен как в корпусе, так и снаружи.
Недостатки устройства: в протяженных колбах внутренний электрод является сложным в изготовлении и установке, а внешнее воздушное охлаждение становится неэффективным, поскольку охватывает только один торец колбы. Это приводит к снижению энергетической освещенности и ресурса прибора при увеличении вкладываемой в газ энергии.
Таким образом, среди существующих коаксиальных источников излучения на основе барьерного разряда сложно обеспечивать высокий ресурс работы источника и высокую энергетическую светимость, не прибегая к внешнему форсированному охлаждению жидкостью или воздухом.
Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса, энергетической светимости и упрощение охлаждения источника излучения на основе барьерного разряда.
Техническим результатом является усиление охлаждения за счет конвекции газа в колбе.
Технический результат достигается тем, что в источнике излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащим разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки, согласно изобретению ось внутренней трубки колбы смещена относительно оси внешней трубки, образуя газоразрядный промежуток и буферный объем колбы, при этом колба ориентирована относительно вертикали на угол 45°<φ<75°, где φ - угол между газоразрядным промежутком и вертикалью, проходящей через центр внешней трубки в поперечном сечении колбы. В этих условиях интенсифицируется конвекция газовой среды, что в конечном счете приводит к росту интенсивности излучения и срока службы газовой среды.
На фиг. 1 изображен источник излучения. Колба источника излучения выполнена из цилиндрических трубок 1 и 2 из диэлектрика, внешняя трубка 1 выполнена из материала, прозрачного на рабочей длине волны. Колба заполнена рабочей средой. Во внутренней трубке 2 расположен высоковольтный электрод 3, а второй электрод 4 - перфорированный - размещен на внешней поверхности и может быть сегментированным или сплошным. К электродам 3 и 4 подключен источник питания 6. Оси внешней и внутренней трубок параллельны, но смещены относительно друг друга. В результате трубки образуют газоразрядный промежуток 5. Он расположен под углом 45°<φ<75° по отношению к вертикали, проходящей через центр внешней трубки в поперечном сечении колбы.
Устройство работает следующим образом. При подаче на электроды 1, 2 импульса напряжения от источника питания 6 происходит зарядка внутренних областей стенок колбы, расположенных под электродами и пробой между газоразрядным промежутком 5. Эта область является активной (А), а зона, где разряд не горит - буферной (В). Затем в рабочей среде в газоразрядном промежутке 5 зажигаются микроразряды. Излучение выходит наружу колбы (направление вывода излучения показано белыми стрелками). За счет конвекции разогретая газовая смесь перемещается в буферное плечо из активного, охлаждается и вновь поступает в активное плечо. Для усиления конвекции может быть использовано охлаждение буферного плеча. Поскольку горячая смесь движется вверх, в область, где расстояние между внутренними стенками трубок увеличивается, это снижает гидродинамическое сопротивление потока газа и облегчает конвекцию. Газ, расширяясь, отдает часть своей тепловой энергии стенкам, охлаждается и снова поступает в активное плечо.
Это и воздушное охлаждение буферной части колбы позволяет снизить перегрев газовой среды, уменьшить скорость ее деградации, увеличить энергетическую светимость излучения и эффективность охлаждения газа (смеси газов).
Экспериментальные исследования заявляемого источника излучения показали следующее. Колба была выполнена из спаянных на торцах кварцевых трубок 1 и 2 с известным пропусканием в области ультрафиолетового излучения. Геометрические параметры колбы таковы: внешние диаметры трубок 40 и 15.5 мм; толщина стенок 2 мм, величина газоразрядного промежутка составила 6 мм; активная длина лампы 14 см.
Разряд зажигался в газоразрядном промежутке при подаче на электроды импульсного напряжения от источника питания (импульсы напряжения в форме разнополярных меандров, амплитуда до 4 кВ, длительность импульса на полувысоте 1.2 мкс, частота следования 81 кГц). Для управления конвекции использовались разные рабочие давления (p), энерговклады в среду (Pin) и два положения колбы во время испытаний φ1=0° и φ2=90°.
Колба заполнялась ксеноном при давлениях р<400 Торр. Спектр излучения источника при давлениях р<150 Торр представляет собой широкую полосу вакуумного ультрафиолетового (В УФ) излучения с максимумом на 172 нм и полушириной Δλ1/2 ~ 30 нм.
Испытания при угле φ1=0° в сравнении с φ2=90° показали, что в месте вывода излучения внешняя стенка колбы разогревается примерно на 20% больше, а величина энергетической светимости, напротив, меньше примерно на треть. Средние значения вкладываемой мощности <Рin> в обоих положениях были практически одинаковыми, но дисперсия σ(Рin) при φ1=0° была на 2/3 выше, чем при φ2=90°. Это означает, что ориентация влияет на конвекцию газа и далее на стабильность выхода излучения.
На фиг. 2 дан временной ход значения энергетической светимости Хе2-эксилампы при p=300 Торр при φ2=90° и φ1=0° (2, 3), при потребляемой источником питания мощности 40 (1, 2) и 54 (3) Вт. Видно, что при φ2=90° полезный срок службы рабочей среды заметно увеличивается по сравнению с φ1=0°. Кроме того, увеличение вкладываемой в плазму мощности ведет к увеличению энергетической светимости лампы примерно на треть. Это связано с увеличением конвекционного потока через активную область А (фиг. 1). Аналогичные зависимости были получены и при других условиях испытаний.
Таким образом, проведенные эксперименты показывают, что в предложенной конструкции интенсификация конвекции ведет к росту интенсивности излучения молекул Хе2*, стабильности потока излучения и срока службы прибора.
Следует отметить и то, что получение мощности излучения на уровне 100 мВт/см2 в известных устройствах [1, 2] в смесях, содержащих молекулярный газ Сl2, возможно только при наличии водяного охлаждения, а в заявляемом источнике этого удается добиться применяя более простое воздушное охлаждение.
Источник излучения обеспечивает увеличение ресурса, энергетической светимости и эффективности охлаждения, упрощение охлаждения.
Используемая литература
1. Esrom H., Kogelschatz U. Modification of surfaces with new excimer UV sources //Thin Solid Films. 1992. V. 218. P. 231-246.
2. Oppenländer T. Photochemical Purification of Water and Air. Weincheim: Wiley-Vch Verlag, 2003. - 368 p.
3. Matsuzawa S., Sumimoto Т., Yoshioka M., Matsuno H., Hiramoto Т. // Proc. Of 10 th Int. Symposium on the Science and Technology of Light Sources (Toulouse, France, July 18 th-22 nd, 2004). L-16. P. 175.
4. Патент RU 2310947 C1, опубл. 20.11.2007.
5. Arnold E., Driskemper R., Reber S. High power excimer sources // Proc. of the 8 th International Symposium on the Science and Technology of Light Sources (LS-8), Greif-swald, Germany, 30 Aug. - 3 Sept. 1998. - IL12. - P.90-98.
6. Kogelschatz U., von Arx Christoph. High-power radiator // Patent US 5198717 A.
7. Патент RU 2271590 C2, опубл. 10.03.2007.
Claims (1)
- Источник излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащий разрядную колбу с газовой средой, образованную двумя цилиндрическими трубками из прозрачного на рабочей длине волны материала, источник питания с электродами, высоковольтный электрод которого расположен во внутренней трубке колбы, а заземленный электрод - на поверхности внешней трубки, отличающийся тем, что ось внутренней трубки колбы смещена относительно оси внешней трубки, образуя газоразрядный промежуток и буферный объем колбы, при этом колба ориентирована относительно вертикали на угол 45°<φ<75°, где φ - угол между газоразрядным промежутком и вертикалью, проходящей через центр внешней трубки в поперечном сечении колбы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115917/07A RU2559806C1 (ru) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Источник излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014115917/07A RU2559806C1 (ru) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Источник излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2559806C1 true RU2559806C1 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796514
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014115917/07A RU2559806C1 (ru) | 2014-04-21 | 2014-04-21 | Источник излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559806C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200241U1 (ru) * | 2019-12-19 | 2020-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Источник излучения |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5198717A (en) * | 1990-12-03 | 1993-03-30 | Asea Brown Boveri Ltd. | High-power radiator |
US6018218A (en) * | 1997-07-04 | 2000-01-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fluorescent lamp with internal glass tube |
RU2271590C2 (ru) * | 2004-03-15 | 2006-03-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Источник излучения |
RU2310947C1 (ru) * | 2006-03-28 | 2007-11-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Газоразрядный источник излучения |
-
2014
- 2014-04-21 RU RU2014115917/07A patent/RU2559806C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5198717A (en) * | 1990-12-03 | 1993-03-30 | Asea Brown Boveri Ltd. | High-power radiator |
US6018218A (en) * | 1997-07-04 | 2000-01-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fluorescent lamp with internal glass tube |
RU2271590C2 (ru) * | 2004-03-15 | 2006-03-10 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Источник излучения |
RU2310947C1 (ru) * | 2006-03-28 | 2007-11-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Газоразрядный источник излучения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU200241U1 (ru) * | 2019-12-19 | 2020-10-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук, (ИСЭ СО РАН) | Источник излучения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2471261C2 (ru) | Газоразрядная лампа с диэлектрическим барьером | |
KR100212684B1 (ko) | 유전체 배리어 방전램프를 사용한 광원장치 | |
JP5486303B2 (ja) | 放射線源及び冷却手段を含む流体処理システム | |
US7855492B2 (en) | Lamp holder for a dielectric barrier discharge lamp | |
KR102106293B1 (ko) | 엑시머 광원 | |
JP2580266Y2 (ja) | 高出力ビーム発生装置 | |
JP2783712B2 (ja) | 高出力放射装置 | |
RU2559806C1 (ru) | Источник излучения | |
RU2398310C1 (ru) | Газоразрядный источник излучения (варианты) | |
RU200241U1 (ru) | Источник излучения | |
US9718705B2 (en) | UV light source having combined ionization and formation of excimers | |
RU153931U1 (ru) | Источник излучения | |
RU59324U1 (ru) | Источник излучения | |
KR20100052782A (ko) | 오존발생관 및 오존발생장치 | |
RU2310947C1 (ru) | Газоразрядный источник излучения | |
RU2673062C1 (ru) | Импульсная ультрафиолетовая газоразрядная лампа | |
RU2271590C2 (ru) | Источник излучения | |
US9334177B1 (en) | Coreless transformer UV light source system | |
RU2258975C1 (ru) | Источник излучения | |
RU2239911C1 (ru) | Источник излучения | |
JP2002319371A (ja) | 誘電体バリヤ放電ランプ、誘電体バリヤ放電ランプ点灯装置および紫外線照射装置 | |
JP3481175B2 (ja) | 誘電体バリアランプ | |
JP2004095441A (ja) | エキシマランプ点灯装置 | |
RU2438220C2 (ru) | Газоразрядный импульсный источник оптического излучения | |
RU2546144C2 (ru) | Источник излучения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170422 |