МОЩНАЯ ЛАМПА ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА Российский патент 1997 года по МПК H01J61/02 H01J61/64 

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в установках, в которых для проведения фотостимулированных процессов требуется мощное излучение в необходимом спектральном диапазоне.

Известны импульсные лампы, обеспечивающие интенсивное свечение газоразрядной плазмы [1] Типовые конструкции содержат прозрачную в необходимом спектральном интервале оболочку, основные электроды и схему питания. Используемые в схемах питания коммутационные элементы (разрядники) определяют верхний предел удельной мощности, вводимой в газовый разряд, ограничивая частоту следования импульсов, а, следовательно, и среднюю мощность излучения. Кроме того, большие значения мощности таких ламп приводят к распылению материала электродов и оболочки и к увеличению вероятности разрушения оболочки, испытывающей в процессе импульса интенсивные механические нагрузки.

Известен цилиндрический источник [2] непрерывного тлеющего разряда, содержащий металлические электроды трубчатой формы, присоединенные к торцам газонаполненной диэлектрической трубки, прозрачной на рабочих длинах волн, систему охлаждения и источник питания. Недостатком данного аналога является наличие заметной продольной неоднородности интенсивности излучения по длине разрядной трубки и сложная система охлаждения, при которой проточной водой охлаждается только катод, а сама трубка не имеет водяного охлаждения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой лампе является выбранная в качестве прототипа коаксиальная лампа-вспышка [3] содержащая две коаксиально установленные цилиндрические трубки из диэлектрика, образующие кольцевую разрядную полость, и два коаксиальных токопровода, один из которых размещен на внутренней поверхности внутренней трубки. В кольцевом разрядном промежутке, образованном двумя коаксиальными трубками, установлены кольцевые электроды, соединенные с внутренним и наружным коаксиальным токопроводами.

Недостатком прототипа является малая скорость отвода тепла от катода указанной лампы, что сказывается при переходе к большим частотам следования импульсов накачки, либо к накачке постоянным током, а также сравнительно малая площадь электродов, что ограничивает плотность электронного тока тлеющего разряда и, соответственно, среднюю мощность излучения газоразрядной плазмы.

Задачей настоящего изобретения является повышение средней мощности излучения лампы тлеющего разряда в оптическом диапазоне спектра.

Поставленная задача достигается тем, что в мощной лампе тлеющего разряда, содержащей две коаксиальные трубки из оптически прозрачного материала с установленными на торцах катодом и анодом, пространство между трубками заполнено рабочим газом, согласно изобретению катод и анод выполнены в виде соосных цилиндрических стаканов, расположенных, соответственно, на концах внутренней и внешней трубок таким образом, что один торец катода вставлен во внутреннюю трубку, а анод коаксиально охватывает внешнюю трубку, при этом внутренняя трубка продолжена за анод.

Кроме того, с целью расширения области применения внутри лампы, коаксиально трубкам и по всей длине, размещена металлическая труба, один из концов которой, с отверстиями по боковой поверхности, расположен в полости катода.

На чертеже схематично представлена заявляемая мощная лампа тлеющего разряда.

Лампа содержит две коаксиально установленные цилиндрические трубки: внешнюю 1 и внутреннюю 2. Обе трубки 1, 2 выполнены из оптически прозрачного материала. Пространство между трубками 1, 2 заполнено рабочим газом. Лампа также содержит два металлических коаксиально расположенных электрода: катод 3 и анод 4, которые выполнены в виде соосных цилиндрических стаканов и расположены, соответственно, на концах внутренней 2 и внешней 1 трубок. При этом один торец катода 3 вставлен во внутреннюю трубку 2, анод 4 коаксиально охватывает внешнюю трубку 1, а внутренняя трубка 2 продолжена за анод 4. Катод 3 и анод 4 подключены к источнику питания 5. Внутри лампы размещена металлическая труба 6, один из концов 7 которой, с отверстиями по боковой поверхности, расположен в полости катода 3.

Предлагаемая лампа работает следующим образом.

После наполнения лампы рабочим газом или смесью газов до рабочего давления и подачи от источника питания 5 импульсного или постоянного напряжения в разрядном промежутке зажигается тлеющий разряд, плазма которого излучает в спектральном диапазоне, определяемом составом и давлением рабочей смеси. Предлагаемая конструкция катода 3 и анода 4 в заявляемой лампе позволяет отвести большую тепловую мощность за счет непосредственного охлаждения катода 3 проточной водой и увеличения общих площадей катода 3 и анода 4, что повышает мощность накачки и увеличивает среднюю мощность излучения лампы. Установка во внутреннюю трубку 2 металлической трубы 6 позволяет устанавливать подводы системы охлаждения с одной стороны лампы и размещать данную лампу в полости малого диаметра, закрытые с одной стороны, что необходимо для ряда приложений.

Экспериментальные исследования мощной лампы тлеющего разряда показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство повышает среднюю мощность излучения. Для сравнения рассматривались лампы с примерно одинаковыми геометрическими размерами коаксиальных трубок 1 и 2. Одна из ламп была подобна прототипу, а другая заявляемой мощной лампе тлеющего разряда. Использовались смеси, содержащие криптон и HCl, возбуждение которых приводило к наработке KrCl^* молекул, излучающих в основном на λ ≈222 нм. Достигнутый при этом в оптимизированных по составу и давлению рабочих смесях, на одинаковой частоте следования импульсов питающего напряжения 100 Гц, уровень максимальной средней мощности излучения в заявляемой лампе был более чем в 3 раза больше по сравнению с лампой, подобной [3]
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения
1. Басов Ю. Г. Источники накачки микросекундных лазеров, 1990, с. 88 - 118.

2. Головицкий А. П. Кан С.Н. Оптика и спектроскопия. Т. 75, вып. 3, с. 604 605, 1993.

3. Патент США N 3721851, кл.H 01 J 61/30, 1973.

Сущность изобретения: мощная лампа тлеющего разряда содержит две коаксиальные трубки из оптически прозрачного материала с установленными на торцах катодом и анодом. Пространство между трубками заполнено рабочим газом. Катод и анод выполнены в виде соосных цилиндрических стаканов, расположенных, соответственно, на концах внутренней и внешней трубок таким образом, что один торец катода вставлен во внутреннюю трубку, а анод коаксиально охватывает внешнюю трубку, при этом внутренняя трубка продолжена за анод. Кроме того, внутри лампы, коаксиально трубкам по всей длине, размещена металлическая труба, один из концов которой с отверстиями на боковой поверхности расположен в полости катода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мощная лампа тлеющего разряда, содержащая две коаксиальные трубки из оптически прозрачного материала с установленными на торцах катодом и анодом, пространство между трубками заполнено рабочим газом, отличающаяся тем, что катод и анод выполнены в виде соосных цилиндрических стаканов, расположенных соответственно на концах внутренней и внешней трубок так, что один торец катода вставлен во внутреннюю трубку, а анод коаксиально охватывает внешнюю трубку, при этом внутренняя трубка продолжена за анод. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что внутри нее коаксиально трубкам по всей длине размещена металлическая трубка, один из торцов которой с отверстиями на боковой поверхности расположен в полости катода.