ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНОГО РАЗРЯДА Российский патент 2001 года по МПК H01J61/88 

Изобретение относится к газоразрядным источникам импульсов света и может быть использовано в качестве средств накачки газовых лазеров, импульсных световых прожекторов, сигнализаторов и маяков.

Известны импульсные источники света на основе разряда вдоль поверхности диэлектрика, содержащие электроды, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения и разделенные плазмообразующим диэлектриком [1. Басов Ю.Г. Источники накачки микросекундных лазеров. М.: Энергоатомиздат, 1990, п. 4.5, с. 214-222]. В качестве плазмообразующего диэлектрика используют, например, фибру, полиформальдегид, текстолит и др. (более полный список см. [1, с. 217]).

Наиболее близок к предлагаемому изобретению импульсный источник света на основе поверхностного разряда, представленный в [2. Колесников Ю.А., Котов А. А. Исследование канальных поверхностных разрядов и их применение для фотоионизации лазерных сред. ЖТФ, 1985, т. 55, N 8, с. 1512-1520] и также содержащий электроды, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения и разделенные плазмообразующим диэлектриком. Этот импульсный источник света, в котором в качестве плазмообразующего диэлектрика использовались керамика, стеклотекстолит и кварцевое стекло, выбран нами за прототип.

Работают импульсные источники света на основе поверхностного разряда [1, 2] следующим образом: при подаче на электроды импульса высокого напряжения на электроды происходит развитие поверхностного вдоль диэлектрика разряда, который является источником мощного светового излучения.

Техническая проблема заключается в повышении яркости светового излучения, что позволит в свою очередь расширить круг решаемых с помощью таких источников задач, например увеличивать энергетический уровень световой накачки лазеров.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение яркости светового излучения на единицу поверхности плазмообразующего диэлектрика.

Этот результат достигается тем, что в импульсном источнике света на основе поверхностного разряда, содержащем электроды, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения и разделенные плазмообразующим диэлектриком, разрядная поверхность диэлектрика в отличие от прототипа выполнена пористой. Дополнительным отличием может быть то, что система пор пористой поверхности является фрактальной с величиной фрактальной размерности большей единицы. Такую поверхность может иметь диэлектрик, предварительно подвергнутый облучению сильноточными релятивистскими пучками заряженных частиц или импульсами проникающего излучения.

Аргументация того, что пористая и тем более фрактальная поверхность способствует повышению яркости основана на том, что при равной видимой площади излучаемой поверхности развитие поверхности плазмообразующего диэлектрика ведет к повышению фактической площади излучаемой поверхности.

Наличие одинаковых по размеру пор на поверхности плазмообразующего диэлектрика может привести к повышению отношения фактической площади излучаемой поверхности к видимой на 5-20%, а если пористая структура является фрактальной, то теоретически это отношение стремится к бесконечности, а в реальности рост отношения может превышать 100%.

Облучение диэлектриков сильноточными релятивистскими пучками заряженных частиц или импульсами проникающего излучения приводит к возникновению вблизи поверхности центров разрушения с пористой фрактальной структурой. Так, например, в [3. Бонюшкин Е.К., Завада Н.И., Платонова Л.А., Сельченкова Н.И., Учаев А.Я. Фрактальная природа процесса динамического разрушения, в сб. науч. трудов "Фракталы в прикладной физике", под ред. Дубинова А.Е., Арзамас-16: ВНИИЭФ, 1995, с. 123-174] таким способом получена пористая фрактальная поверхность с размерностью ~1,6, что существенно увеличивает фактическую площадь излучаемой поверхности.

Пример выполнения импульсного источника света на основе поверхностного разряда показан на чертеже, где обозначено: 1 - импульсный источник высокого напряжения; 2, 3 - электроды; 4 - пористый плазмообразующий диэлектрик, стрелкой обозначено направление развития поверхностного разряда.

В качестве импульсного источника высокого напряжения 1 можно использовать конденсаторную батарею, снабженную управляемым разрядником. Электроды 2 и 3 могут быть выполнены из любого конструкционного металла или сплава, например из меди, латуни, нержавеющей стали. Плазмообразующий диэлектрик 4 может быть приготовлен следующим образом: сначала изготовленный под размер диэлектрик 4, например, из оргстекла (полиметилметакрилат) подвергают облучению с той стороны, вдоль которой планируется возбуждать поверхностный разряд. Для облучения годится, например, источник релятивистских электронов с энергией 1-3 МэВ, током пучка 20-50 кА, длительностью импульса 10-100 нс. Подобным пучком необходимо выполнить 20-200 импульсов облучения в зависимости от площади облучаемой поверхности. При этом диэлектрик покрывается фрактальной паутиной пор на глубину ~1 см. Как правило, после такой обработки диэлектрик "разбухает", поэтому необходимо провести его чистовую обработку под размер, не обрабатывая при этом рабочую поверхность диэлектрика.

После этого диэлектрик готов к работе в составе импульсного источника света на основе поверхностного разряда. Этот источник в свою очередь функционирует следующим образом: при подаче импульса высокого напряжения на электроды происходит развитие поверхностного вдоль диэлектрика разряда, который является источником мощного светового излучения, причем развитая поверхность диэлектрика способствует повышенной яркости источника.

Изобретение относится к газоразрядным источникам импульсов света и может быть использовано в качестве средств накачки газовых лазеров, импульсных прожекторов, световых сигнализаторов и маяков. Сущность изобретения состоит в том, что в импульсном источнике света на основе поверхностного разряда, содержащем электроды, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения и разделенные диэлектриком, разрядная поверхность диэлектрика выполнена пористой в результате ее предварительной обработки облучением, при этом система пор пористой поверхности является фрактальной с величиной фрактальной размерности, большей единицы. Такую поверхность может иметь диэлектрик, предварительно подвергнутый облучению сильноточными релятивистскими пучками заряженных частиц или импульсами проникающего излучения. Техническим результатом изобретения является увеличение яркости светового излучения на единицу поверхности плазмообразующего диэлектрика. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Импульсный источник света на основе поверхностного разряда, содержащий электроды, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения и разделенные диэлектриком, вдоль поверхности которого происходит поверхностный разряд, отличающийся тем, что разрядная поверхность диэлектрика выполнена пористой за счет ее предварительного облучения сильноточными релятивистскими пучками заряженных частиц или импульсами проникающего излучения. 2. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что пористая поверхность диэлектрика представляет собой систему пор, которая является фрактальной с величиной фрактальной размерности больше единицы.