РАБОЧАЯ СРЕДА ЛАМПЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА Российский патент 2000 года по МПК H01J61/12 H01J17/20 

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании и применении ламп тлеющего разряда, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне длин волн.

Известны рабочие среды источников спонтанного излучения (ламп) в УФ диапазоне спектра, в которых используются галогены - пары йода [1] или хлор [2] . Возбуждение лампы производится посредством СВЧ [1] или импульсного продольного разряда [2]. Известна также рабочая среда лампы, работающей на смеси паров йода и буферного газа аргона, с возбуждением СВЧ разрядом [3]. Используемые для данных типов разрядов генераторы накачки сложны, дороги, эффективность устройства в целом оказывается низкой. Кроме того, наблюдается быстрый спад интенсивности излучения при работе лампы вследствие малого ресурса смеси, что вызывает необходимость частой замены отработавшей порции рабочей смеси на новую.

Наиболее близкой по техническому решению, выбранной в качестве прототипа, является рабочая среда лампы тлеющего разряда, состоящая из паров йода и буферного газа аргона [4]. Недостатком такой среды является низкая эффективность работы лампы.

Задачей изобретения является увеличение эффективности работы лампы.

Поставленная задача достигается тем, что в рабочей среде лампы тлеющего разряда, содержащей пары йода и буферный газ, в качестве буферного газа используют ксенон или гелий, или их смесь.

Полученный эффект увеличения эффективности свечения атомарных линий йода может быть обусловлен для смеси Xe - J₂ наличием предиссоционного терма молекулы XeJ^*, что приводит при диссоциации XeJ^* на Xe и J^* к увеличению концентрации возбужденных атомов йода и, соответственно, увеличению интенсивности спонтанного излучения на атомарных линиях йода. Наличие легкого инертного газа гелия в смеси приводит к увеличению коэффициента вторичной электронной эмиссии.

Примеры исследования эффективности работы йодной лампы с использованием предлагаемой рабочей среды. Возбуждение рабочей среды осуществлялось в цилиндрической лампе. Ее конструкция включала кварцевую трубу с внутренним диаметром 40 мм и длиной 60 см, на торцах которой вакуумноплотно устанавливались никелиевые электроды. Пропускание кварца в диапазоне длин волн эмитируемого лампой излучения составляло не менее ~80 %. Внутренняя полость трубы посредством металлического крана сообщалась с вакуумным постом и системой напуска газа. Рабочая среда готовилась непосредственно в полости лампы. Предварительно некоторое количество йода в кристаллическом виде помещалось во внутреннюю полость трубы. Затем лампа откачивалась, обезгаживалась и далее в трубу напускался буферный газ. Давление паров йода в рабочей среде определялось величиной упругости паров йода, соответствующей температуре самой холодной зоны лампы при ее функционировании. Генератор накачки позволял создавать на электродах лампы высокое напряжение (от 1 до 10 кВ) и поддерживать ток до ~ 100 мА. Измерение интенсивности излучения в требуемом спектральном диапазоне производилось калиброванным фотодиодом ФЭК-22 СПУ и набором светофильтров с определенными коэффициентами пропускания в различных спектральных диапазонах по известной методике [5]. Кроме того, снимался спектр излучения лампы в диапазоне 200 - 600 нм с помощью специального спектрального комплекса, включавшего монохроматор МДР-23, ФЭУ-100, усилитель постоянного тока У5-11, графопостроитель Н-307.

В ходе эксперимента были определены интенсивности излучения в области λ < 250 нм при работе лампы с рабочими средами Xe - I₂, H - I₂, Не - Хе - I₂ при равных парциальных давлениях гелия и ксенона и Ar - I₂. Давление рабочей среды, при котором обеспечивался максимальный уровень мощности излучения, было типичным для тлеющего разряда [6] и составляло ~ 0,1 - 20 тoрp. Повышение давления приводило к уменьшению мощности излучения и ухудшению горения разряда за счет возникновения контрагирования. Низкие давления < 0,1 тopр также неоптимальны, во-первых, из-за уменьшения мощности излучения. Во-вторых, при малом давлении увеличиваются распыление материала катода и скорость образования йодида металла электрода, что приводит к нежелательному уменьшению прозрачности трубы.

В таблице представлены данные по определению мощности излучения лампы в диапазоне λ < 250 нм для различных рабочих сред. Возбуждение осуществлялось при одинаковых давлениях буферного газа и паров йода (температура отростка - наиболее холодной зоны колбы лампы с кристаллическим йодом - не изменялась), а также при одинаковом подаваемом от источника питания напряжении на электроды лампы.

Из таблицы видно, что наибольшие величины мощности излучения имеют место дня рабочих сред Xe - I₂, He - I₂, He - Xe - I₂. Эффективность излучения при этом составляла не менее ~ 12%. При использовании рабочей среды Ar - I₂ лампа работает значительно хуже. Величина эффективности при этом не превышала ~ 2 - 4%. Ресурс (продолжительность работы без заметного спада энергии излучения) отпаянной лампы тлеющего разряда с рабочей средой Xe - I₂ составил более 90 часов.

Используемая литература
1. G. Liuti and J.E. Mental. Rev. Sci. Instr. v. 39, p. 1767, 1968.

2. Л.М. Василяк, С.В. Костюшко, А.В. Красночуб и др. // ТВТ, т. 33, N 6, с. 826, 1995.

3. W.D. Woolley and R.A. Back. Can. J. Chem. v. 46, p. 295, 1968.

4. P. Harteck, R.R.Reeves and B.A.Thompson. Z. Naturforsch, v.l9, p. 2, 1964.

5. Импульсные источники света. /Под ред. И.С. Маршака. - М.: Энергия, 1978.

6. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1987, с. 355.

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при создании и применении ламп тлеющего разряда, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Технический результат - увеличение эффективности в работе лампы. Для этого в рабочей среде лампы, содержащей пары йода и буферный газ, в качестве буферного газа используют ксенон или гелий, или их смесь. 1 табл.

Рабочая среда лампы тлеющего разряда, излучающая в ультрафиолетовой области спектра, содержащая пары йода и буферный газ, отличающаяся тем, что в качестве буферного газа используется ксенон, или гелий, или их смесь.