Многоамперный ультрафиолетовый источник низкого давления Советский патент 1981 года по МПК H01J61/20 G01J3/10 

Изобретение относится к источник ультрафиолетового излучения высокой спектральной плотности и может быть использовано в различных целях в лабораторной практике, а также в промышленности, например, для стери лизации различных материалов и изде лий. Известны 1 и 2 источники, ультрафиолетового излучения с ртутн газовым разрядом, широко применяющиеся в технике люминесцентных трубок. Такие источники не обладают достаточно высокой спектральной плотностью УФ-излучения. Наиболее близким по технической сущности является многоамперный ультрафиолетовый источник низкого давления, содержащий разрядную труб ку с катодной и анодной камерами, термоэмиссионный катод и разрядную камеру с.ртутно-аргоновым наполнением Гз Однако такой источник не обеспечивает стабильного ультрафиолетовог излучения высокой спектральной плот ности для длины волны 2537А. Цель изобретения - получение ста бильного ультрафиолетового излучени высокой спектральной плотности для длин волн 253 А. Это достигается тем, что известный ультрафиолетовый источник снабжен камерой компенсации давленияр содержащей газопровод, соединяющий катодную и анодную камеры, при этом сумма объемов катодной и анодной камеры компенсации давления больше объема разрядной камеры, причем давление аргона Р составляет от 0,01 до 0,5 мм рт.ст. Газопровод,, соединяющий катодную камеру с анодной, содержит два участка, в которых направление движения газа противоположны. Камера компенсации давления может быть выполнена в виде прямой трубки, соединяющей катодную камеру с анодной, внутри прямой трубки расположена |у-образная трубка, одно колено которой своим отверстием вставлено в диск, закрывающий прямую трубку со стороны анода, а вершина v-образной трубки расположена со стороны катодной камеры и ее второе колено введено в отверстие перед диском. Камера компенсации давления может быть выполнена в виде прямой трубки, соединяющей катодную камеру с анодной, внутри которой коаксиально расположена вторая прямая трубка, открывая только со стороны анода и имеющая с этой стороны расширенны край, которым герметично скреплена с внутренней стенкой первой трубки, а во второй трубке коаксиально размещена третья трубка, открытая с обеих сторон и имеющая со ст ороны анода расширенный край, которши герметично скреплена с внутренней стенкой второй трубки, причем вторая трубка имеет в боковой стенке со стороны анода, по крайней мере, одн отверстие.

На фиг. 1 представлен источник УФ-излучения; на фиг. 2 - вариант источника (разрядная камера выполнена спиральной); на фиг. 3 - камера компенсации давления; на фиг. 4 другой вариант конструкции камеры.

Предлагаемый источник содержит катодную 1 и анодную 2 камеры, камеру 3 компенсации давления и М-образную разрядную камеру 4, трубку 5, образу«мцук камеру компенсации давления, V-образную трубку б, плечи 7 и 8 этой трубки и диск 9.

Кроме того, источник включает вторую прямую трубку 10 с расширенным краем 11, третью прямую трубку 12 с расширенным краем 13 и отверсти 14 во второй трубке.

Источник работает следующим образом.

При подведении напряжений к катоду, который находится в катодной камере, он эмиттирует электроны, и под воздействием напряжения между анодом, находящимся в анодной камере в разЁзядной камере 4 возникает поверхностно стабилизированный газовый разряд при давлении ртути от 5lCr до торр и плотности тока от 1 до 25 А/см с интенсивным излучением на резонансной линии ртути X 2537 А.

Разрядная трубка, изображенная на фиг. 1, служит для плоского лучеиспускания, на фиг. 2 - для облучения материала, расположенного на оси трубки.

Камера 3 компенсации давления, соединяющая катодную и анодную камеры, обеспечивает равномерное давление разрядной среды, способствует предотвращению колебаний плазмы и, следовательно, стабильности процесс горения.

Наличие в трубке аргона при давлении от 0,02 до 0,5 торрг с одной стороны, облегчает поджиг разряда, с другой - затрудняет пробой от катода к аноду через камеру компенсации давления. Опасность пробоя через камеру компенсации давления повышается с увеличением давления аргона.

Для предотвращения пробоя геометрия камеры выбирается таким образом, чтобы напряжение пробоя дуги через нее было возможно более высоким. Следует использовать камеру с возможно меньшим диаметром, достаточным лишь для того, чтобы обеспечить компенсацию давления.

Проход газоав через камеру компенсации осуществляется так, что образуется один участок пути от катодной

камеры к анодной. При таком исполнении камеры компенсации давления компоненты потока паров ртути (атомы ртути, ионы ртути и электроны возможно и аргона) на указанных участках пути должны хотя бы однократно встречаться с внешним электрическим потенцисшом, имеющимся между катодом и анодом, что предотвращает пробой.

На фиг. 3 показана камера компенсации, образованная прямой трубкой 5 диаметром 16 мм, внутри которой проходит V-образная трубка б диаметром 2-6 мм. Плечо 7 трубки б своим отверстием впаяно в диск 8, который, в свою очередь, герметично впаян в трубку 5 и запирает ее со стороны анода. Вершина V-образной трубки б располагается со стороны катода.

Прямая трубка 5 (фиг. 4) диаметром, например 16 мм, соединяет катодную камеру 1 с анодной 2. Внутри трубки 5 проходит коаксиально вторая прямая трубка 10 диаметром, например 10 мм, которая открыта со стороны анода и своим расширенным краем 11 впаяна во внутреннюю стенку первой трубки 5. Со стороны катода трубка 10 закрыта.

Внутри трубки 10 находится коаксиальная третья прямая трубка 12 диаметром, например 4 мм, которая своим расширенным краем 13 герметичн спаяна со второй трубкой 10.

Вторая трубка 10 со стороны анода имеет, например три отверстия 14, например, диаметром 3 мм, которые соединяют полость между второй 10 и первой 5 трубками с полостью между второй 10 и третьей 12 трубками. °

Компенсация яавления нагнетенных в разрядную камеру 4 паров ртути осуществляется в конструкциях, изображенных на фиг. 3 и 4, вдоль штриховых линий. При указанных диаметрах гидродинамическое сопротивление нас,только мало, что выравнивание давления происходит даже при малых.перепадах давления, а разряд - стабильно

Для предотвращения ошибочного пробоя решающее значение имеет то, что часть штриховой линии проходит навстречу направлению движения А-Б. Поэтому вдоль этого участка особенно до структуры общих пространственных или поверхностных зарядов электрическое поле направляет электроны потока паров ртути навстречу и предотвращает ошибочный пробой. Анод и катод в предгагаемой струк туре камеры компенсации давления установлены так, что катод должен быть слева, а анод - справа. При. Обратном расположении анода и катода надежность предотвращения ошибочных пробоев существенно падает потому, чт« тогда идущие с катода электроны так входят в трубку, что на внутренней стороне трубки собираются поверхностные заряды. Компенсационная камера может быть выполнена стеклянной. Предлагаемый УФ-источник можно изготавливать с более длинными разря ными камерами 4, в которых напряжение между анодом и катодом соответственно повьвиено. Для повышения эффективности работ целесообразно использовать разрядные трубки, имеющие следующие параметры диаметр катодной камеры 65 мм, диаметр анодной камеры 65 мм, высота катодной камеры 100 мм, высота анодной камеры 100 мм, диаметр наружной трубки компенсатора давления 16 мм, длина камеры компенсации давления 40 мм, длина разрядной камеры 360 см внутренний диаметр разрядной камеры 10 мм, рабочее напряжение 300 В, плотность разрядного тока 10 А/см . УФ-источник излучения может ра- . ботать также с соответствующим образом модифицированными электродами: вместо постоянного на переменном токе, когда каждый полупериод переменного тока воздействует на газовый разрядкак постоянный ток. Предлагаемый УФ-источник может использоваться для сухой кратковременной холодной стерилизации, в част ности упаковочного материала для про дуктов, которые не могут при упаковке стерилизоваться горячим способом например для молочных продуктов, или для жидкостей с достаточной прозрачностью по УФ, например, воды или для поверхностной стерилизации сыпучего материала и порошка. Формула изобретения 1. Многоамперный ультрафиолетовый источник низкого давления, содержит разрядную трубку с катодной и анодной камерами, термоэмиссионный катод и разрядную камеру с ртутно-аргоновы заполнением, отличающийся гем, что, с целью получения стабнльюго ультрафиолетового излучения в сокой спектральной плотности для длины волны 253 А, он снабжен камерой компенсации давления, содержащей газопровод, соединяющий катодную и анодную камеры, при этом сумма объемов катодной и анодной камеры компенсации давления больше объема разрядной кгмеры и давление аргона . составляет от 0,01 до 0,5 мм рт.ст. 2.Источник по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что газопровод, соединяющий катодную камеру с анодной, содержит два участка, в которых направление движения газа противоположны. 3.Источник: по п. 2, о т л ичающийс й тем, что камера компенсации давления выполнена в виДе прямой трубки, соединяющей катодную камеру с анодной, внутри прямой трубки расположена V-образная трубка, одно колено которой своим отверстием вставлено в диск, закрывающий прямую трубку со стороны анода, а вершина V-образной трубки расположена со стороны катодной камеры и ее второе колено введено в отверстие прямой трубки перед диском. 4. Источник по п. 2, отлича и и с я тем, что камера компенсации давления выполнена в виде прямой трубки, соединяющей катодную камеру с анодной, внутри которой коаксиально расположена вторая прямая трубка, открытая только со стороны анода и имеющая с этой стороны расширенный край, которым герметично скреплена с внутренней стенкой первой трубки, а во второй трубке коаксиалькЪ размещена третья трубка, открытая с обеих сторон и имеющая со стороны анода расширенный край, которым герметично скреплена с внутренней стенкой второй трубки, причем вторая трубка имеет В боковой стенке со стороны анода, по крайней мере, одно отверстие; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Скобелев В.М. и др. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. М., Энергия, 1973, с. 169. 2.Патент США 3617792, кл.313109, 1971. 3,. Брандтмюллер-Мозер. Введение в рамановскую спектроскопию. Изд-во Штайнконф, 1962, с. 298-303.

j;

1

.3

г

. . 4t- -

W

11

т