БЕЗРТУТНАЯ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА Российский патент 1995 года по МПК H01J61/18 

Изобретение относится к источникам оптического излучения, в частности усовершенствует безртутные металлогалогенные лампы (МГЛ), используемые для целей освещения и облучения.

Известна МГЛ [1] Лампа содержит в наполнении ксенон, буферные добавки иодиды Sb, As, Bi, In, Zn, Cd, Pb и излучающие добавки иодиды Tl, Sc, Ca, Cs, Dy, Na, Sm, La, Li, Ba. Буферный газ имеет повышенный потенциал ионизации по сравнению с излучающими добавками. Недостаток указанной лампы в том, что буферный газ не позволяет достигать высоких температур разряда, что негативно сказывается, в частности, на излучении в синей и ближней ультрафиолетовой (УФ) областях спектра излучения.

Наиболее близкой по технической сущности является МГЛ [2] выбранная за прототип. Лампа имеет кварцевую горелку с герметично установленными электродами, наполненную Xe, галогенидами щелочных металлов и добавками, обеспечивающими горелку галогенидами редкоземельных металлов (РЗМ). Недостаток данной лампы в том, что она имеет недостаток излучения в синем и ближнем УФ-диапазоне спектра, которое необходимо для специальных областей применения.

Предлагаемая лампа имеет повышенную эффективность излучения в оптическом диапазоне, в частности в синем и ближнем УФ-диапазоне. Это достигается тем, что в безртутную металлогалогенную лампу, содержащую горелку из оптически прозрачного материла с герметично установленными электродами, инертный газ ксенон при давлении от 10 до 100 кПа и галогениды излучающих редкоземельных металлов, вводятся галогениды щелочноземельных металлов Ca, Sr, Ba, общая масса галогенидов составляет от 0,05 до 5 мг/см³ разрядного объема, причем в качестве инертного газа используются и газы Kr, Ar, Ne или их смесь с Хе. Благодаря этому увеличивается синее и УФ-излучение ионизованных атомов РЗМ, что увеличивает и общий выход излучения.

Так как и возбужденные и ионизованные атомы щелочноземельных металлов (ЩЗМ) также эффективно излучают в интересующем нас диапазоне, то эффективность лампы возрастает.

Применение буферного газа Xe при давлении от 10 до 100 кПа или использование других инертных газов при аналогичных давлениях также ведет к повышению эффективности лампы.

Поскольку легкоионизирующиеся добавки ЩМ заменены не менее ионизирующиеся добавки ЩЗМ и, в то же время, все применяемые добавки выбраны с низкой энергией возбуждения ионизированных атомов (не более 35 эВ), то это позволяет получить более высокотемпературную плазму разряда и таким образом получить больший выход излучения ионизированных атомов. Это реальным образом повышает эффективность лампы за счет того, что в пристеночных областях лампы отсутствует самопоглощение квантов энергии, испущенных излучающими атомами добавки, так как, в отличие от неионизированных атомов, ионизованные невозбужденные атомы добавки там практически отсутствуют из-за резкого снижения температуры плазмы вблизи стенки горелки.

В лампе давление инертного газа выбрано таким образом, чтобы при небольших габаритах лампы иметь достаточно низкое рабочее давление (не более 5 атм), что позволяет реализовать высокую температуру в плазме (до 6000-9000 К) и одновременно взрывобезопасность, сохраняя при этом необходимый уровень излучения.

В качестве инертного газа может использоваться Xe, Kr, Ar, Ne или их смесь. Диапазон давлений выбран из условия вероятности ударной ионизации атомов добавки, которая зависит от температуры электронного газа плазмы. При давлении инертного газа ниже 10 кПа слишком увеличиваются габариты лампы для достижения рабочего напряжения на горелке и уменьшается электрическая нагрузка на стенки лампы, что увеличивает ее материалоемкость и уменьшает эффективность. При давлении инертного газа выше 100 кПа лампа может стать взрывоопасной, а температура газового разряда снижается настолько, что падает излучение добавок.

Указанные добавки ЩЗМ Ca, Sr, Ba и добавки РЗМ выделяются тем, что обладают достаточно низкими потенциалами ионизации атомов и одновременно низкими потенциалами возбуждения (не более 3,5 эВ) однократно ионизованных ионов, которые, будучи возбужденными, излучают преимущественно в ближней УФ-и синей областях спектра. При дозировке галогенидов этих металлов менее 0,05 мг/см³ разрядного объема эффективность излучения сильно падает. При количестве галогенидов более 5 мг/см³ указанные добавки сильно охлаждают разряд и эффективность лампы в указанном диапазоне также падает.

Лампа работает следующим образом.

При подаче высоковольтного импульса на электроды лампы зажигается разряд в инертном газе. Лампа разогревается, и начинают испаряться галогениды металлов. В рабочем режиме кроме излучения возбужденных атомов инертного газа и металлов добавки присутствует излучение и других видов частиц. При выбранных дозировках инертного газа и добавок плазма имеет повышенную температуру, что увеличивает вероятность ионизации атомов добавок, которые и принимают участие в излучении.

Примеры конкретного исполнения приведены в таблице.

Как видно из примеров, на краях предлагаемой области интенсивность излучения в интересующем нас диапазоне спектра спадает.

Сущность: в металлогалогенной лампе, не содержащей ртути, в составе наполнения содержится от 10 до 100 кПа инертного газа и излучающие добавки, имеющие линии излучения в синей и ближней ультрафиолетовой области, испускаемые однократно ионизированными атомами этих добавок с энергией возбуждения не более 3,5 эВ, причем количество галогенидов этих добавок составляет от 0,05 до 5 мг/см³ разрядного объема. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. БЕЗРТУТНАЯ МЕТАЛЛОГАЛОГЕННАЯ ЛАМПА, содержащая горелку из оптически прозрачного материала с герметично установленными электродами, наполненная инертным газом и галогенидами излучающих редкоземельных металлов, отличающаяся тем, что давление инертного газа составляет 10-100 кПа, а наполнение дополнительно содержит галогениды по крайней мере одного из щелочноземельных металлов Ca, Sr, Ba, причем общая масса галогенидов составляет 0,05-5,0 мг/см³ разрядного объема. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инертного газа использованы по крайней мере один из газов Ne, Ar, Kr и Xe или их смеси.