RU59324U1 - Источник излучения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности, к лампам барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул и может быть использовано в различных областях науки и техники, например, в фотохимии и в медицине. Задачей полезной модели является увеличение ресурса и плотности мощности источника излучения на основе барьерного разряда, упрощение его конструкции, повышение безопасности работы с ним. Источник излучения содержит газоразрядную колбу с выходным окном, образованную двумя цилиндрическими трубками из диэлектрика, и заполненную инертным газом или его смесью с галогеноносителем, два электрода, один из которых расположен во внутренней трубке, а второй перфорирован и размещен на поверхности выходного окна, источник питания, подключенный к обоим электродам, согласно полезной модели, цилиндрические трубки расположены перпендикулярно друг к другу, а ось внутренней трубки располагается параллельно плоскости выходного окна. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к газоразрядным источникам излучения, в частности, к лампам барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул и может быть использована в различных областях науки и техники, например, в фотохимии и в медицине.

В известных лампах барьерного разряда разряд в них состоит из большого количества филаментов (микроразрядов имеющих вид двух тонких подошв, прилегающих к поверхности барьеров и интенсивной тонкой перемычки между ними). Ресурс работы таких устройств может варьироваться, что зависит как от давления рабочей смеси, так и от их конструктивного исполнения.

Известен планарный эксимерный источник барьерного разряда, содержащий круглое выходное окно из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, два металлических параллельно установленных электрода, один из которых - высоковольтный - перфорирован и размещен на внешней поверхности выходного окна, а второй -сплошной - заземлен и служит радиатором, для чего охлаждается проточной водой, пространство между выходным окном и сплошным электродом заполнено газовой средой, источник питания, подключенный к обоим электродам [1].

Недостатком этого источника является наличие высокого напряжения на выходной части, что снижает безопасность работы и служит источником электромагнитных помех. Кроме того, даже с принудительным водяным охлаждением ресурс работы одной рабочей смеси источника невелик, поскольку в процессе работы смесь непосредственно контактирует с металлическим электродом. Можно также отметить, что выходное окно источника и сплошной электрод должны быть расположены плоскопараллельно, иначе разряд повышенного давления горит не во всем рабочем объеме, а сосредотачивается там, где расстояние между сплошным электродом и выходным окном минимально, либо нестабильно, но во всем объеме.

Известно, что ресурс работы источника барьерного разряда можно поднять так, как это сделано в лампе по патенту США [2]. Для этого в колбе лампы, выполненной из прозрачного для УФ-излучения материала и заполненной газовой средой, дополнительно содержится резервуар с галогеном, который может быть высвобожден в колбу нагреванием. Достоинством метода является существенное увеличение ресурса работы источника, однако, процедура его изготовления и конструкция заметно усложняются. Кроме того, выход излучения со временем может быть нестабилен.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является источник излучения [3], содержащий две коаксиально установленные цилиндрические трубки из диэлектрика, образующие полость в форме стакана, пространство в полости заполнено газовой средой, металлическую крышку с расположенным в ней круглым выходным окном из материала, прозрачного на рабочей длине волны, электроды, расположены на внешней и внутренней поверхности диэлектрической полости. К электродам подключен источник питания.

В известном источнике излучения между внутренними поверхностями полости формируется барьерный разряд, излучение выводится через выходное окно. Большой объем полости обеспечивает лучшее охлаждение газовой смеси, однако, несмотря на

портативность и повышенный ресурс работы смеси, источник сложен в изготовлении.

Таким образом, среди существующих источников излучения на основе барьерного разряда трудно сохранить высокий ресурс и стабильность выхода излучения и, одновременно, сделать устройство портативным, безопасным и простым в изготовлении, что важно, например, при использовании в медицинских целях.

Задачей полезной модели является увеличение ресурса и плотности мощности источника излучения на основе барьерного разряда, упрощение его конструкции, повышение безопасности работы с ним.

Указанная задача достигается тем, что в источнике излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащим колбу с выходным окном, образованную двумя цилиндрическими трубками из диэлектрика, и заполненную инертным газом или его смесью с галогеноносителем, два электрода, один из которых расположен во внутренней трубке, а второй перфорирован и размещен на поверхности выходного окна, источник питания, подключенный к обоим электродам, согласно полезной модели, цилиндрические трубки расположены перпендикулярно друг к другу, а ось внутренней трубки лежит параллельно плоскости выходного окна.

На фиг.1 изображен источник излучения и вариант его охлаждения в процессе работы (фиг.2). Охлаждение применяется при увеличении плотности мощности излучения до 10 мВт/см² и выше для увеличения ресурса работы источника излучения и, одновременно, сохранения стабильности горения разряда в зоне выходного окна.

Колба источника излучения выполнена из диэлектрических коаксиальных трубок 1 и 2, и выходного окна 3, прозрачного на рабочей длине волны. В полости колбы содержится газовая среда 4. На внутренней поверхности дна трубки 2 размещен высоковольтный металлический электрод 5, соединенный с источником питания 6. На внешней поверхности выходного окна 3 помещен перфорированный электрод 7, также соединенный с источником питания 6. Устройство прокачки воздуха 8 через кожух 9 при наличии перегородки 10 и вывода воздуха обеспечивает форсированное охлаждение источника питания колбы.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания 6 на электроды 5, 7 подается импульс напряжения. Происходит зарядка внутренних областей стенки трубки 2 и выходного окна 3, пробой между этими областями, и в рабочей среде зажигаются филаменты. Область, занимаемая филаментами зависит от площади электрода 5 и может варьироваться. Объем, занимаемый филаментами относительно мал по сравнению с полным объемом полости и буферного объема 4. Это и форсированное воздушное охлаждение через трубку 2 позволяет уменьшить скорость деградации газовой среды, повысить энерговклад в среду и, соответственно, увеличить плотность мощности излучения источника, увеличить стабильность излучения. Расположение высоковольтного электрода 5 внутри колбы делает использование источника излучения безопасным для оператора.

Источник излучения обеспечивает стабильность выхода излучения, безопасность работы, высокие уровни плотности мощности излучения, обеспечивает высокий срок службы газовой среды, является портативным и простым в изготовлении.

Пример конкретного испытания заявляемой полезной модели.

Колба источника излучения была изготовлена из трубки 1 диаметром 42 мм и длиной 60 мм, с впаянной в нее трубкой 3 диаметром 20 мм и длиной 46 мм. Колба была заполнена смесью газов Хе(или Кr) и Сl₂ в соотношении 200/1 при общем давлении 145 мм рт.ст. На электроды от источника питания подавалось напряжение в

форме коротких импульсов с частотой от 30 до 298 кГц, что обеспечивало плотность мощности ультрафиолетового излучения на выходном окне от 6 до 20 мВт/см². С увеличением частоты и напряжения это значение можно увеличить по крайней мере на порядок. Устройство излучало узкие полосы эксиплексных молекул KrCl* и ХеСl* (в зависимости от наполнения), а интенсивность излучения отличалась стабильностью в силу того, что рабочая смесь эффективно охлаждается, перемешиваясь с холодной и отдавая часть тепла охлаждаемым стенкам колбы. В частности, выход излучения не менялся в течении 4 часов.

Таким образом, исследования источника излучения показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения [3] источник обеспечивает высокий ресурс работы, является конструктивно более простым, в сравнении с [1, 2, 3], одновременно обеспечивая высокие уровни мощности излучения и безопасность работы.

В силу стабильности выхода излучения источник может использоваться для калибровки спектральной аппаратуры.

Литература

1. Kogelschatz U. Silent discharges for the generation of ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer radiation // Pure & Appl. Chem. Vol.62. No.9, p.1668, 1990.

2. Hofmann A., Reber S., Schilling F. Long-life high powered excimer lamp with specified halogen content, method for its manufactore and extension of its burning life // Описание к патенту US 5,889,367 Mar. 30, 1999.

3. Proceedings of the 7th Intern. Symposium on the Science and Technology of Light Sources (LS:7). Kyoto - Japan (27-31 August 1995), 45:P. p.162, 1995.

Claims (1)

1. Источник излучения, содержащий колбу с выходным окном, образованную двумя цилиндрическими трубками из диэлектрика, и заполненную инертным газом или его смесью с галогеноносителем, два электрода, один из которых расположен во внутренней трубке, а второй перфорирован и размещен на поверхности выходного окна, источник питания, подключенный к обоим электродам, отличающийся тем, что цилиндрические трубки расположены перпендикулярно друг к другу, а ось внутренней трубки параллельна плоскости выходного окна.