Газодинамический импульсный источник света Советский патент 1976 года по МПК H01J61/80 

Изобретение относится к газоразрядным источникам света, в частности к газодинамическим имнульсным устройствам, в которы.х иснользуется излучение, возникающее нри взаимодействии встречно направленны.х ударных волн н движун,ейся газоразрядной нлазмы.

Предлагаемый газодинамический импульсный источник света предназначен для получения многократных интенсивных световых вспышек короткой длительности, иснользуемых главным образом для оптической накачки жидких активных сред на основе органических красителей (жидкостных лазеров), а также при флешфотолизе растворов.

Известен импульсный разрядный источник света, и 4нтиру оп;ий ударную Т:рубку и выполненный в виде наполненной ксеноном Тобразной кварцевой колбы, в которой смонтированы электродные узлы с совпадающей продольной осью, расположенные симметрично относительно трубчатого отростка колбы. Быстрое расншрение газа, происходящее в результате выделения джоулева тепла в процессе прохождения импульса тока через газ, а также электромагнитное взаимодействие тока разряда с поперечным магнитным полем, создаваемым возвратным током разрядной цепи, протекающим по металлической щине, расположенной на колбе вдоль разрядного промежутка, способствует выплескиванию газоразрядной плазмы в цилиндрический отросток, порождая ударную волну.

Основной недостаток такого пмнульсного источника света - низкий к.п. д. преобразования подводимой энергии в полезное световое нзлучение, используемое для накачкн, поскольку 40-50% энергии, нодводпмой в разряд, рассе 1вается .ламной при помощи излучения, проходящего через прозрачные стенки, ограничиваюнще плазму в разрядном промежутке. В этом случае полезно используется только излучение выплеснутой при расширении газа в отросток газоразрядной плазмы п ударных волн. В свою очередь возрастание

скорости накопления энергии газоразрядной плазмы разрядного промежутка в течение короткого импульсного разряда увеличивает скорость расширения плазменного столба в излучающем цилиндрическом отростке п способствует получению более сильных ударных волн.

Обычно иовыщения скорости накопления энергии в разрядном промежутке достигают

путем увеличения di/dt, т. е. увеличения скорости нарастания тока разрядной цепи, подключая устройство в малоиндуктивный разрядный контур, прибегая к целому ряду ухин1рений, обеспечивающих уменьи епие :ндуктив(ииу dirdi W а/сек для no,i,o6Hijix устройств.

Цель изобретения - создание газодинамиче:-кого разрядного источника света, основанного на взаимодействии встречно направленных ударных волн и движущейся газоразрядной нлазмы, обладающего новышенной эффективностью нреобразования подводимой электрической энергии в световое излучение и обеспечивающего возможность получения более коротких световых вснышек и равномерной плотности излучения, исходящего от светящейся части устройства.

В основу изобретения, решающего поставленную задачу, полол ен известный газодинамический разрядный источник света, содержащий две наполненные рабочим газом разрядные камеры из термостойкого материала с аксиально расположенными отве рстиями, соиряженными с оптически прозрачной трубой, предназначенной для выхода излучения.

Для повышения к. п. д. источника света и нолучения более равномерной плотности излучения вдоль трубы стенки разрядных камер выполнены светоотражающими. Они изготовлены из светоотражающего материала или покрыты подобным материалом, например диффузно рассеивающей двуокисью кремния.

Особенностью предлагаемого источника света является также выполнение указанных камер цилиндрическими и с плоскими торцовыми стенками - с одной стороны, и имеющими конический переход со стороны соединения с оптически прозрачной трубой, причем угол раствора указанного конического перехода выбирается в пределах от 15 до 60°.

На фиг. 1 показан предлагаемый газодинамический разрядный источник света, вид спереди с частичным разрезом; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - блок-схема включения указанного разрядного прибора.

Предлагаемый газодинамический разрядный источник света 1 выполнен в виде двух аналогичных по конструкции непрозрачных разрядных камер 2 и 3, снабженных соосными отверстиями, которые сопряжены с оптически прозрачной трубой 4 (диаметром 12 мм и длиной 96 мм), изготовленной из плавленого кварцевого стекла и предназначенной для выхода излучения. Указанные камеры выполнены из термостойкого материала со светоотражающими стенками, например из окиси бериллия или из плавленого кварцевого стекла, покрытого слоем 5 отражающей двуокиси кремния, спеченной до нулевой пористости. Каждая камера представляет собой полый цилиндр (диаметром 18 мм) с плоской торцовой стенкой 6 с одной стороны и имеет конический переход 7 со стороны сопряжения с оптически прозрачной трубой 4. Угол раствора конического перехода 7 разрядной камеры в цилиндрическую трубу 4 составляет 15-60°.

иксиалыю смонтированы две пары цилиндриMLCKiix ножек 8 (диаметром 12 мм), в котоpiiix собраны две пары одинаковых по конструкции электродных узлов с совпадающей продольной осью симметрии, каждый из которых содержит электрод 9 с плоской рабочей поверхностью из торированного вольфрама. Электрод запрессован в полый коваровый держатель 10, снабженный кольцевым выступом, на котором размепхен титановый цилиндр 11, образую1ций кольцевой зазор с ножкой 8, заполняемый в процессе герметизации оловом.

Электродные узлы смонтированы в ножках

колбы так, что плоская рабочая поверхность каждого электрода, имеющего диаметр, близкий к внутреннему диаметру сечения ножки, выставлена на уровень разрядного объема камеры вблизи от ее торцовой стенки, образуя

параллельные разрядные промежутки (длиной 20 мм). Вдоль этих разрядных промежутков с внешней стороны колбы, перпендикулярно нродольной оси трубы 4, соединяющей камеры 2 и 3, смонтированы две токоведущие

шины 12 и 13, выполненные в виде металлических колпачков, насаженных на выступаюп ие торцовые стенки цилиндрической части камеры, по которым пропускают ток разрядной цепи к одному из электродных узлов каждой

разрядной камеры.

О.писанный разрядный источник света, наполненный ксеноном до давления 50 торр, включается в симметричный малоиндуктивный разрядный контур с общей землей (см.

фиг. 3), содержащий две наконительные батареи 14 и 15, управляемые двухканальным блоком последовательного поджига 16, обеспечивающим инициирование разряда одновременно в двух разрядных каме|рах. Направления разрядных токов в обоих разрядных промежутках совпадают между собой и противоположны направлениям токов в вышеуказанных металлических щинах. Перемещаясь с большой скоростью за счет

теплового расширения газа и электромагнитного взаимодействия токов разряда с возвратным токо.м шин внешней цепи, газоразрядная плазма выплескивается одновременно из обеих камер 2 и 3 в соединяющую их трубу 4,

порождая сильные встречно направленные ударные волны. После отражения друг от друга ударные волны движутся уже по распространяющимся навстречу расширяющимся столбам газоразрядной плаз.мы, подогреваемой энергией токов разрядных промежутков и отраженными от торцов камер ударными волнами. Эта стадия разряда характеризуется заполнением канала трубы и равномерной плотностью излучения.

Предлагаемый источник света по сравнению с известными газодинамическими разрядными устройствами обладает существенными преимуществами, а именно: - увеличенным к. п. д. преоб|разования лодсветовое излучение (примерно на 20-30%) в результате уменьшения рассеивания энергии толкающей газоразрядной плазмы («толкающего поршня) за счет излучения в разрядных промежутках и использования для подогрева плазмы отраженных от плоских стенок камеоы ударных волн;

-уменьшенной длительностью световой вспыщки в результате затенения разрядных промежутков относительно облучаемого объекта, исключающего воздействие на объект «светящегося щлейфа, т. е. остаточного излучения последней стадии разряда накопительной батареи конденсаторов разрядного контура;

-увеличенной скоростью заполнения газоразрядной плазмой олтически прозрачной трубы и получением более равномерной плотности излучения, исходящего из нее, за счет дополнительной фотоионизации газа впереди скачков уплотнения движущихся в трубе навстречу ударных волн и светящейся плазмы;

-возросп ей скоростью ударных волн в трубе за счет перехода сечений разрядной камеры в указанную трубу меньшего диаметра.

Достоинством описанного источника света является также то, что нрн изменении соотношения диаметров излучающей трубы и разрядной , а также в зависимости от напряжения на накопительной батарее конденсаторов малоиндуктивного разрядного контура и давления рабочего газа можно изменять в сравнительно широких пределах

спектральный к. п. д. излучения (спектральн-ый состав излучения). Так, например, уменьщение отношения диаметра излучающей трубы к диаметру разрядной камеры при прочих равных условиях способствует увеличению скорости ударных волн и уменьшению проникновения газоразрядной плазмы в излучаюП1,ую трубу, обеспечивая увеличение излучения в ультрафиолетовой области спектра.

Формула изобретения

1.Газодинамический импульсный источник света, содержащий две наполненные рабочим газом камеры из термостойкого материала, в которых смонтированы разрядные промежутки, оптически прозрачную трубу, соединяющую указанные камеры, и две токоведущие шины, размещенные вне камер вдоль разрядных промежутков, подключенных к пускорегулирующей аппаратуре, создающей разряд одновременно в обеих камерах, отличающийся тем, что, с целью увеличения к. н. д. источника света и получения более равномерной плотности излучения вдоль трубы, указанные камеры выполнены со светоотражающими стенками.

2.Источник света по п. 1, отличающийся тем, что обе камеры выполнены с коническим сопряжением с оптически прозрачной трубой.

3.Источник света по нн. 1 и 2, отличающийся тем, что угол раствора конического перехода разрядной камеры в трубу для выхода излучения составляет 15-60°.

652