ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК H01J61/30 H01J61/54 H01J17/30 

Изобретение относится к газоразрядным лампам, в частности к ртутным лампам низкого давления, излучающим преимущественно резонансные линии ртути и предназначенным для применения в УФ-облучателях различных типов. Известны конструкции ртутных ламп низкого давления, выполненные в виде U-образной колбы с установленными в них спиральными электродами и заполненные инертным газом и ртутью. [1,2,3].

Излучение в таких лампах возникает за счет инициирования дугового разряда в парах ртути. При этом выход резонансного излучения атомов ртути на длинах волн 184,9 и 253,7 нм тем больше, чем ниже давление ртути и инертного газа и составляет около 70% от всего излучения лампы. Известно [4], что максимальная мощность потока излучения атомов ртути на указанных длинах волн наблюдается при парциальном давлении паров ртути равном 0,01 мм.рт.ст. и давлении аргона 0,2-0,5 мм.рт.ст. Однако такое низкое давление аргона сильно ограничивает долговечность лампы и поэтому в промышленных образцах таких ламп давление аргона выбирают 2-3 мм.рт.ст.

Известна газоразрядная ртутная лампа низкого давления [5], являющаяся наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, содержащая наполненную инертным газом и ртутью U-образную колбу и установленные в ней спиральные электроды, соединенные цоколями со штырьками для подключения питающей сети.

Однако известная лампа не обеспечивает высокой мощности потока излучения в УФ-области спектра 180 - 270 мм, излучение в которой обладает наиболее высокой степенью разрушающего воздействия на органические вещества, которые содержатся, например в анализируемом растворе, и мешают достоверному анализу.

Основной задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является увеличение мощности потока излучения в вышеуказанной коротковолновой части УФ-спектра для повышения эффективности разрушающего воздействия органических веществ в растворе.

Данная задача решается тем, что в газоразрядной лампе низкого давления, содержащей наполненную инертным газом и ртутью колбу, в которой установлены спиральные электроды, соединенные цоколями с отводами для подключения питания, на внутренней поверхности колбы над спиральными электродами выполнены кольцевые канавки, заполненные инициирующим рабочим веществом.

Целесообразно кольцевые канавки расположить в плоскости, перпендикулярной оси лампы, а расстояние d от кольцевой канавки до спирального электрода и внутренний диаметр колбы D должны удовлетворять условию 0,5 ≤ d/D ≤ 0,9.

Целесообразно ширину кольцевой канавки t установить в пределах 0,2 - 0,4 d.

Также предлагается в качестве инициирующего рабочего вещества выбрать такие металлы как цинк, кадмий или бинарный сплав с содержанием кадмия 25 - 35 вес.%, а цинка 65 - 80 вес.%.

Для создания равномерного потока излучения в случае использования лампы для дезактивации органических веществ целесообразно излучающую часть колбы лампы выполнить замкнутой. Это особенно необходимо для случаев, когда лампа используется для дезактивации органических веществ в растворах, находящихся в кюветах, которые целесообразно устанавливать в один ряд между двумя параллельными участками колбы лампы. Выполнение излучающей части колбы лампы замкнутой позволяет наиболее оптимально и равномерно облучать все установленные кюветы.

Веденные конструктивные признаки предлагаемой лампы, и указанные инициирующие рабочие вещества, находящиеся в кольцевых канавках вблизи горячих спиральных электродов, являются активным источником поступления атомов кадмия и цинка в разрядный канал лампы, увеличивая мощность потока излучения в коротковолновой УФ-области спектра, в которой наблюдается наиболее высокая степень разрушающего воздействия.

На чертеже представлен общий вид предлагаемой газоразрядной лампы низкого давления.

Газоразрядная лампа имеет замкнутую в излучающей части колбу 1, выполненную, например из кварцевого стекла, прозрачного в спектральном диапазоне 175-3500 нм, установленные в ней спиральные электроды 2, соединенные цоколями 3 с отводами 4 для подключения питающей сети, кольцевые канавки 5. Колба наполнена основным рабочим веществом - ртутью (схематически показано на чертеже в виде позиции 6), а кольцевые канавки - инициирующим рабочим веществом 7.

Газоразрядная лампа работает следующим образом. При подключении питания в разрядной колбе 1 между спиральными электродами 2 первоначально инициируется дуговой разряд в смеси, например, аргон- ртуть, излучающий интенсивную резонансную УФ-радиацию в основном на двух длинах волн 184,5 нм и 253,7 нм. По мере нагрева кольцевых канавок 5 за счет тепла, излучаемого спиральными электродами 2 и обусловленного рекомбинационными процессами, на стенках колбы вследствие термического испарения начинается поступление в канал атомов разряда инициирующего рабочего вещества 7 - кадмия и/или цинка. Атомы кадмия и/или цинка, находясь в разрядном промежутке, возбуждаются и излучают характеристический для атомов кадмия и/или цинка линейчатый спектр с длинами волн для кадмия - 214,4; 226,5 и 228,8 нм, а для цинка - 202,5; 206,1 и 231,8 нм, тем самым увеличивая мощность потока излучения в коротковолновой области УФ-спектра.

Выбор расстояния d от кольцевой канавки до спирального электрода и ширины кольцевой канавки осуществлялся экспериментальным путем. Установлено, что отношение расстояния d к внутреннему диаметру D колбы должно удовлетворять условию
0,5 ≤ d/D ≤ 0,9.

Уменьшение или увеличение этого расстояния выше (ниже) указанных пределов приводит либо к перегреву дополнительного рабочего вещества и его распылению на стенки колбы либо, наоборот, к его недогреву, а следовательно, к сильному уменьшению концентрации атомов вещества в канале разряда. Нижний предел ширины t кольцевой канавки определялся технологическими требованиями, а выполнение ее более 0,4d не имело смысла из-за большого расхода кадмия и цинка. Выбор указанных пределов содержания компонентов в сплаве кадмий-цинк осуществлялся исходя из степени летучести их паров и приблизительно одинаковой удельной концентрации атомов кадмия и цинка в разрядном промежутке.

В заявляемой конструкции лампы при выбранных соотношениях за счет использования атомов кадмия и цинка мощность УФ-излучения лампы в спектральном диапазоне 180-270 нм увеличилась от 21 до 29% в зависимости от варианта наполнения кольцевой канавки.

Предлагаемая конструкция газоразрядной лампы низкого давления позволяет значительно повысить эффективность разрушения органических веществ в растворе, мешающих надежному анализу растворов.

Источники информации
1. Указатель нормативно-технических документов и параметров источников света, изд. Стандарт-электро, М., 1992, стр. 269.

2. Рекламный проспект-описание фирмы Heraeus Noblelight (Германия), международная выставка Acvatec-96, Амстердам, Голландия, 1996.

3. Каталог фирмы Osram (Германия). Лампы HNS1OW/U и HNS2OW/U.

4. Г. Н. Рохлин, Разрядные источники света, М., Энергоатомиздат, 1991, стр. 353, 370.

5. Патент Японии, N 04345746, 01.12.92, H 01 J 61/32, заявитель Toshiba Lighting & Technology Corporation.

Изобретение относится к газоразрядным лампам, в частности к ртутным лампам низкого давления, излучающим на резонансных частотах пары ртути и предназначенным для применения в ультрафиолетовых облучателях различного типа. Газоразрядная лампа позволяет увеличить мощность потока излучения в коротковолновой части УФ-спектра, что повышает эффективность разрушения органических веществ в растворе. Газоразрядная ртутная лампа низкого давления содержит наполненную инертным газом и ртутью колбу, установленные в ней спиральные электроды, соединенные цоколями с выводами, а на внутренней поверхности колбы над спиральными электродами выполнены кольцевые канавки, заполненные инициирующим рабочим веществом. Кольцевые канавки расположены в плоскости, перпендикулярной оси лампы. Расстояние d от кольцевой канавки до спирального электрода и внутренний диаметр колбы D должны удовлетворять следующему условию: 0,5 ≤d/D≤0,9. Ширина кольцевой канавки t должна находиться в пределах 0,2 - 0,4 d. В качестве инициирующей добавки используют цинк, кадмий или бинарный сплав цинк-кадмий с содержанием кадмия в пределах 20 - 35 вес. % и цинка в пределах 65 - 85 вес.%. Излучающая часть колбы лампы замкнута. 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Газоразрядная лампа низкого давления, содержащая заполненную инертным газом и ртутью колбу, установленные в ней спиральные электроды, соединенные цоколями со штырьками, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности колбы над спиральными электродами выполнены кольцевые канавки, заполненные инициирующим рабочим веществом. 2. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что кольцевые канавки расположены в плоскости, перпендикулярной оси лампы. 3. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что расстояние d от кольцевой канавки до спирального электрода и внутренний диаметр колбы D должны удовлетворять следующему условию:
0,5 ≥ d/D ≥ 0,9. 4. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что ширина кольцевой канавки t должна находиться в пределах 0,2 - 0,4 d. 5. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инициирующей добавки используют цинк. 6. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инициирующей добавки используют кадмий. 7. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что в качестве инициирующей добавки используют бинарный сплав. 8. Лампа по п.7, отличающаяся тем, что в качестве бинарного сплава использован сплав цинк-кадмий с содержанием кадмия в пределах 20 - 35 вес.%, цинка в пределах 65 - 85 вес.%. 9. Лампа по п.1, отличающаяся тем, что излучающая часть колбы лампы выполнена замкнутой.