Импульсный источник света Советский патент 1979 года по МПК H01J61/80 H01J61/90 

Изобретение относится к области светотехники, а именно к импульсным газоразрядным источникам света с большими излучающими поверхностями, которые могут быть использованы как самостоятельные источники света и как источники, необходимые для решения задачи по взаимодействию излучения с веществом в фотохимии и при световом нагреве и разрушении различных веществ. Известен импульсньлй источник света, состоящий из двух главных пространственно разделенных электродов соединенных тонкой металлической проволочкой или спиралью, намотанной на .стержень из диэлектрика 1. При подаче импульсного напряжения на гла ные электроды происходит электричес кий взрыв проволочки или спирали и зажигание газового разряда по продук там взрыва между главн1дми электродами . Известный импульсный источник света имеет большую энергию,необходи мую для взрыва проволочки ( 41) и сложен в эксплуатации, так как требуется новый отрезок проволочки или новая спираль после каждого разряда. Известен импульсный источник света, состоящий из двух пространственно разделенных главньох электродов, полностью или частично охватывающих трубку иэ диэлектрика, электрода зажигания, помещенного внутри трубки, изолированного от главных электродов и соединенного с импульсньл«1 трансформатором 2. При подаче импульсного напряжения на дополнительный электрод зажигания возникает скользящий разряд по наружной поверхности изолирующей трубки, инициирующий сильноточный газовый разряд между главными электродами. Известный импульсный источник света имеет большое напряжение ;зажигания 10 в/см и дополнительный источник поджига разряда (высоковольтный импульсный трансформатор). Он сложен, ненадежен в работе и неприменим для создания разрядов большой длины и с большими излучающими поверхностями. Известен импульсный источник света, состоящий из двух пространственно разделенных электродов, между которыми расположен диэлектрик 3. В поверхность диэлектрика впрессовано большое число металлических эмиттерюв (например, пластин из нержавеющей стали). При подаче на электроды импульсного напряжения, с крутым передним фронтом, в местах контакта диэлектрика и металла усиливается электрическое поле (особенно,если диэлектрическая проницаемость 6 1) и с этих мест развивается поверхностный разряд. Однако зажигание разряда в извес ном источнике происходит лишь при крутом фронте импульса напряжения на главных электродах. Известен импульсный источник све та, состояЕЕШй из двух пространствен но разделенных главных электродов и соединенного с ними электрода зажигания в виде нити из тугоплавкого металла 4. При подаче импульсного напряжения на электроды, в результа те быстрого нагрева нити протекающим по ней током, вблизи ее поверхн ти образуется канал ионизованного газа, шунтирующий ток, протекающий по нити. При этом основная часть тока протекает не по электроду зажигания (нити), имеющему большое омическое сопротивление, а по разрядному газовому каналу низкого сопротивления, возникающему между гла ными электродами. Известный источник света имеет большое напряжение зажигания V 10 в/см, так как при меньших напряженностях электрического поля проводящего газового канала вокруг нити не образуется. При этом, поскольку возрастающий в нити ток не шунтируется газовым разрядом, нить взрывается под действием токового импульса. Кроме того, из-за ограниченных размеров излучающей поверхности ра ряда, связанных с малым диаметром нити и ее небольшой длиной, извест ный источник неприменим для создания источников света большой длины и с большими излучающими поверхнос ми. Наиболее близким по технической сущности является импульсный источ ник света, содержащий два простран ственно разделенных главных электрода и электрически соединенный с ними электрод зажигания, заключенн в трубку из диэлектрика 5. При no даче импульсного напряжения между главными электродами на поверхност трубки развивается поверхностный разряд, инициирующий сильноточный объемный разряд между главными эле родами . Известный источник имеет большое напряжение зажигания Ю в и неприменим для создания источник света большой длины и с большими и 3луч ающими п ов ерх н ост ями. Цель настоящего изобретения уменьшение напряжения зажигания ра ряда, увеличение длины и излучающей поверхности разряда и обострение светового импульса. Поставленная цель достигается тем, что в известном источнике, содержащем два пространственно разделенных главных электрода и электрически соединенный с ними электрод зажигания, заключенный в трубку из диэлектрика. Электрод зажигания выполнен в виде проводника со ступенчато-перемен ным по длине сопротивлением, а на наружной поверхности диэлектрической трубки размещены металлические эмиттеры. Градиент сопротивления электрода зажигания создается за счет того, что он составлен из частей разного металла и меет либо одинаковое, либо различное по длине сечение. В местах, находящихся напротив стыков различных металлов или резкого изменения сечения поджигающего электрода, в диэлектрической трубке могут быть выполнены кольцевые канавки для локализации пробоя. .На приведенном чертеже схематично изображен общий вид предлагаемого импульсного источника света с подсоединенным к нему источником энергии. Импульсный источник света содержит два пространственно разделенных главных электрода 1, электрод зажигания 2, выполненный в виде проводника, состоящего из последовательно соединенных отрезков различных металлов (например, титана Ti, вольфрама W, железа Fe, меди Си и т.д.) и имеющих одинаковое или различное сечение. Как частный случай электрод зажигания может состоять из одного металла и иметь переменное сечение. Между главными электродами расположена диэлектрическая трубка 3, охватывающая электрод зажигания. В диэлектрической трубке в местах, находящихся напротив стыков различных металлов, выполнены кольцевые канавки . Во внешнюю поверхность трубки из диэлектрика впрессовано большое число металлических эмиттеров 4 либо в виде острий, шайб, вкладышей и т.д., либо в виде проволочной спирали, намотанной на трубку. Предлагаемый импульсный источник света работает следующим образом. При подключении энергоисточника (например, конденсаторной батареи, МК-генератора, индуктивного накопителя) ток течет по электроду зажигания 2. По мере нагревания электрода зажигания джоулевым теплом, выделяющимся при прохождении по нему тока, его сопротивление (омическое) увеличивается, в результате чего возрастает потенииал главных .электродов. При этом распределение напряжения между главными электродами оказывается неоднородным (основная часть напряжения приложена к участку электрода с максимальным сопротивлением и этот участок нагревается быстрее остальных. Снаружидиэлектрической трубки из-за наличия большого числа металлических эмиттеров распределение напряжения по длине однородно. Из-за разного распределения напряжения снаружи и внутри трубки возникает радиальная составляющая электрического -поля с максимальным значением в месте скачка сопротивления электрода зажигания. При пробое в указанном месте изоляции трубки на наружной поверхности этого участка возникает импульс напряжения с крутым передни фронтом и амплитудой, определяемой напряжением между главными электродами. Для локализации пробоя в диэлектрической трубке могут быть выполнены кольцевые канавки в местах, находящихся напротив скачков сопротивления электрода зажигания, в местах контакта эмиттеров с диэлектриком электрическое поле еще более усиливается (особенно если диэлектрическая проницаемость изолятора 1) и с этих мест развивается поверхностный разряд, быстро покрывающий плазмой наружную поверхность этого участка. При этом ток на данном участке перебрасывается из электрода зажигания, имеющего большое и всевозрастающее сопротивление, в газовый разряд, сопротивление которого много меньше благодаря бсшьшому поперечному сечению плазмы

Таким образом, общее сопротивление рассматриваемого участка резко падает, напряжение между главными электродами концентрируется теперь на следующем участке электрода, имеющем максимальное, по сравнению с остальными, сопротивление и весь описанный процесс повторяется, завершаясь формированием однородного газового по всей поверхности трубки на всей длине между главными электродами.

Из-за низкого омического сопро- тивления газового разряда, быстро уменьшающегося с ростом вводимой в разряд энергии, и высокого сопротивления электрода зажигания практически весь ток энергоисточника течет через газовый разряд и взрыва электрода зажигания не происходит. Исследования показали, что разряд осуществляется при напряженности электрического поля не более 10 в/с и с затратами энергии на нагрев элетрода зажигания не более 100 дж/г. При этом оказалось, что поверхностный разряд осуществляется и в том случае, когда снаружи трубки навита тонкая металлическая (вольфрамовая) спираль (разряд осуществляется при напряженности поля 10 в/см и спи раль не взрывается).

Из-за высокого значения напряженности электрического поля на поверхности диэлектрика в момент формирования разряда его однородность сохраняется и при значительном увеличении длины и диаметра трубки,и, следовательно, при увеличении излучающей поверхности и длины источника.

Из-за низкого начального и высокого конечного сопротивления электрода зажигания обеспечивается эффективное обострение переднего фронта импульса

0 тока разряда и, следовательно, светового импульса источника.

Использование предлагаемого импульсн-ого источника света эффективно в случае применения источников пита5ния с медленнЕлм фронтом нарастания тока (большие конденсаторные батареи МК-генераторы, индуктивные накопители) .

Применение предлагаемого импульс0ного источника света позволяет уменьшить напряжение зажигания разряда/ увеличить длину и излучающую поверхность источника света, обострить передний фронт светового импульса.

5

Формула изобретения

1.Импульсный источник света, содержащий два пространственно разделенных главных электрода и электрически соединенный с ними электрод зажигания, заключенный в трубку из диэлектрика, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения напряжения зажигания, увеличения длины и излучающей поверхности, обострения светового импульса, электрод зажигания выполнен в виде проводника со ступенчато-переменным по длине сопротивлением, а на наружной поверхности указанной трубки размещены металлические эмиттеры.

2.Источник света по п. 1, отличающийся тем, что указанный проводник имеет ступенчато-пере5менное по длине сечение.

3.Истонник света по п. 1, отличающийся тем, что проводник выполнен из соединенных между собой отрезков различных металлов.

4.Источник света по п. 1, от0личающийся тем, что в трубке из диэлектрика в местах скачков сопротивления электрода зажигания выполнены кольцевые канавки.

Источники информации, принятые

5 во внимание при экспертизе

1.Оптика и спектроскопия , т. 10, 6, с. 801-804, 1961.

2.Патент США кл. 315-237, № 3148307, 1964.

0

3.Applied Physics Letters, vol. 25, № 1, p. 31, 1974..

4.

Авторскоесвидетельство СССР № 126955, кл.

Н01 J 61/80, 1959.

5.Авторскоесвидетельство СССР

5 № 490384, кл. Н02 J 61/54, 1972.