Устройство для генерации высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения Советский патент 1983 года по МПК H01J61/10 H01J61/72 

Изобретение относится к устройствам для создания ультрафиолетового излучения высокой интенсивности. Известны устройства, называемые многоамперными источниками УФ-излуче ния низкого давления. Для достижения высокой интенсивности излучения таки лампы работают на постоянном токе. Для этого нужны два раз щчньпс электр да, а именно термоэмиссионный катод например, из окиси бария и бомбардируем 1Й электронами высоких энергий и поэтому нагревостойкий. анод, напри мер, из графита. Поскольку во время работы источника излучения при малых перепадах давления от полости анода к полости катода может двигаться интенсивный поток ртутных парив, необх дима, кроме того, камера (полость) компенсации давления. Однако процессы электрофореза в разряде не могут быть устранены, поэтому осуществляется неодинаковое облучение всей поверхности разрядной камеры и наступает преждевременное старение источника излучения l и 2j . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство генерации высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения, соде жгццее разрядную трубку из материала пропускающего ультрафиолетовое излучение. Трубка на противоположных цонцах соединена струбчатйми колбами, в которых помещены термоэмиссионные электроды, и заполнена смесь ртути под давлением 5-10 510 тор и инертным газом под давлением 0,010,5 торр З. Известные устройства не обеспечивают генерации чистого излучения .с БОлной 254 мм. Цель изобретения - обеспечение генерации чистого излучения с волной 254 нм при высокой эффективности и равномерной интенсивности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для генерации высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения, содержащем разрядную трубку из материала, пропускающего ультрафиолетовое излучение, соединенную на противоположных концах с трубчатыми колбами, в которых norteщены термоэмиссионные электроды, и заполненную смесью ртути под давле нием 510-5ШЧорр и инертным газом п.од давлением 0,01-0,5 торр 72 трубка и колбы выполнены из легированного кварцевого стекла, поглощающего линии 185 и 194 нм и пропускающего практически без потерь линию 254 нм, разрядная трубка имеет участок для приёма сконденсированной ртути, выполненный в виде аппендикса со средствами для регулирования температуры от 48 до 65°С, внутренний диаметф трубки лежит в пределах 815 мм, диаметр аппендикса составляет 0,3-1 диаметра трубки, диаметр каждой из колб составляет 1-4 диаметров трубки, длина которой лежит в пределах 0,8-2 м, длина аппендикса составляет 0,005-0,1 длины разряд- ной трубки, а объем колб составляет 0,5-4 объемов трубки. Значения давления инертного газаксенона имеют пределы 0,04-0,1 торр. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для работы на переменном токе для создания УФ-излучения с И-образной газоразрядной трубкой; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока питания устройства; -на фиг. 3 - относительный выход УФ-излучения в устройстве в зависимости от давления инертного.газа; на фиг. 4 - устройство для работы на постоянном токе с компенсацией давления с детальным изображением колб; на фиг. 5 - то же, общий вид. U -образная газоразрядная трубка I на каждом из концов соединена с трубчатыми колбами 2 и 3, в которых находятся соответственно электроды 4 и 5, которые выводами 6 и 7, выведены наружу. В середине изогнутого участка газоразрядной трубки 1 находится аппендйксообразныйучасток 8, который служит для приема сконденсированной ртути. Газоразрядная трубка 1 , включая обе колбы 2 и 3, а также аппендйксообразный участок 8, состоит из кварцевого стекла, легированного таким образом, что генерирующие озон ртутные линии 185 и 194 нм поглощаются, а стерилизующая линия 254 нм пропускается практически без потерь. Электрическими выводами 6 и 7 . являются молибденовые пластины, которые запрессованы в кварцевое стекло колб 2 и 3. Провод 9, прикасающийся к газоразрядной трубке 1, при нагружении его импульсами около 20 кВ способствует зажиганию подготовленной к работе газоразрядной трубки 1 .Одновременно этот провод может служить креплением для газоразрядной трубки. Газоразрядная трубка 1 имеет при близительно круглое сечение и внутренний диаметр преимущественно 8,15 мм, длину 0,8-2 м. Обе колбы 2 и 3 имеют внутренний диаметр в 1-4 ра за б.ольшё, чем у газоразрядной труб ки, а объем составляет 0,5 объема ее Аппендиксообразный участок 8 имеет длину преимущественно 10-50 мм, а внутренний диаметр составляет 0,3- 1 внутреннего диаметра газоразрядной трубки. Форма и конструкция электродов 4 и 5 по существу соответствуют форме и устройству термоэмиссионного катода {фаг. 4, позиция 5). Пригодны, кроме того, оксидные катоды, изготовленные с использованием порошкового никеля и (Ва, Са, Sr)-карбоната, или дисперсные катоды, содержапще вольфрам, молибден или тантал в порошке и барий или редкоземельный металл. Дпя питания предлагаемого устройства служит схема (фиг. 2). В этом блоке, трансформатор 10 нагрева электродов первичной обмоткой связан с источником переменного напряжения 220 В. Часть вторичной обмотки служит для нагрева электрода 4, другая часть - для нагрева электрода 5. Параллельно двум тоководам обоих эле тродов 4 и 5 смонтирована схема зажигания 11. Питающая электрод 4 током вторичная обмотка нагревательного трансформатора 10 соединена через токоограничительный дроссель 12 и коммутатор 13 с одним из полюсов источника напряжения, а питающая током электрод 4 вторичная обмотка нагревательного трансформатора 10 замкнута на другой полюс источника напряжения. Благодаря этому блоку .данное устройство можно эксплуатировать с простейшими средствами, не используя выпрямители. В качестве газов наполнения используются аргон, криптон и/или ксенон, а также ртуть, которая в избытке в жидком виде размещается в аппен диксообразном отрезке 8 трубки. Тем пература и, следовательно, давление ртути регулируются посредством нагре ва аппендиксообразного участка до 48-65°С. Из фиг. 3, где показан выход УФизлучения данного устройства в диапазоне длин, волн 254 нм в зависимости от давления, используемого для наполнения инертного газа следует, что выход УФ-излучения данной пампы в диапазоне давления 0,01-0,5 торр аргона, криптона или ксенона составляет более 50% от максимального выхода, и поэтому в этом диапазоне давления без труда достигается высокая интенсивность излучения на длине волны 254 нм. Кроме того, целесообразно устанавливать давление ксенона 0,040,1 торр, так как ксенон в этом диапазоне давления по отношению, в частности, к напряжению ионизации при электрическом разряде обладает свойствами, аналогичш 1ми ртути при 55° С. Кривые (фиг. 3) построены дпя газоразрядной трубки с внутренним диаметром около 10 мм при давлении ртути, соответствующем температуре конденсации 55 С и плотности тока 5 А/см. Вместо того, чтобы ограничивать плотность тока только значением 5 А/см, в зависимости от формы и размеров предлагаемой лампы целесообразно устанавливать плотность тока в пределах 3-10 А/см , а напряжение дуги 0,3-1,2 В/см2. В колбе 2 (фиг. 4)из жаропрочного тугоплавкого стекла друг за другом расположены оба электрода катод 5 и анод 4. 5 наряду с собственной нагревательной обмоТкой имеет цилиндрический радиационный экран 14, который должен задерживать излучение тепла в стороны. .Газоразрядная трубка 1 состоит из двух колен, которые замыкаются на один конец к олбы 2. При этом начинающе- . еся в колбе 2 колено коаксиально входит в колбу 3, пронизывает кольцевой анод 4 и при соответствующем расширении в области I5 охватывает катод 5. Полость 16 компенсации давления . между стенками колб 2 и 3 во всей области образует стабильный и защищенный от пробоя участок, который обеспечивает достаточный поток газа/пара, если расстояние D не меньше 0,5 мм. При расстояниях D более 4 мм может осуществляться самонро5извольное зажигание (пробой). В этих случаях катод 5 должен устанавливаться дальше внутри колбы 3, так как тогда удлиняется путь от ано да к катоду через полость сомпенсации давления, вследствие чего также предотвращается возможность пробоя Целесообразны источники излучения с расстоянием О, равным 1 мм. Для того, чтобы обеспечить безупречную работу источника изЛучения, длина L входящей в колбу 2 колбы 3 от нижнего края анода 4 до нижнего края колбы 3 должна составлять 7 примерно 1/5-1/20, преимущественно 1/10, длищл L всей находящейся вне колбы 2 газоразрядной(трубки. Данная конструкция «предлагаемого устройства проста в изготовлении. Предпочтительные .рабочие характеристики: давление инертного газа (2-5) 10 торр, плотность тока 48 А/см, температура ртути в аппендиксообразном учйстке ЗО-бО С, падение напряжения на разрядном промежутке 1 В/см±0,2, длина аппендиксообразного участка 3-6 см при внутреннем диаметре 10 мм.

1. yCTPOftGTiBO ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ШСОКОИЙТЕНСИВНОГО УЛЬТРАШОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕЕдая, содержащее разрядную трубку из материала, пропускакнцего ультра.олетовое излучение, соединенную на противоположньк концах с трубча;ть колбами, в которых помещены термоэмиссионные электроды, и заполненную смесью ртути под давлением 5-10 5 и инертным газом под давлением 0,01-0,5 торр, о т л и чающееся тем, что, с целью генерации чистого излучения с волной 254 нм при высокой эффективности и равномерной интенсивности, трубка и колбы выполнены из легированного кварцевого стекла, поглощающего линии 185 и 194 нм и пропускающего практически без потерь линию 254 нм, разрядная трубка имеет участок для , приема сконденсированной ртути, выполненный в виде аппендикса со средствами дпя регулирования температуры от 48 до 65 С, внутренний диаметр трубки лежит в пределах 8-15 мм, диаметр аппендикса составляет 0,3-1 диаметра трубки, диаметр каждой из колб | составляет 1-4диаметров трубки, СО дпина которой лежит в пределах 0,82м, длина аппендикса составляет 0,005-0,1 длины разрядной трубки, а объем колб составляет 0,5-4 объемов трубки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что значения о ел ел (Давления инертного газа-ксенона име:ют пределы 0,04-0,1 торр. Приоритет по пунктам: &о 31.10.77 по п. 1 4 04.10.77 по п. 2

V

13

т.0 .

т

г

If

11 6

5

Ar

ю

г S

PCJffrrJ

Фиг.