Диссертация (Экспериментальное исследование источника вакуумного ультрафиолетового излучения на основе ртутного разряда низкого давления с высокой плотностью тока)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯНАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиШУНКОВ ЮРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКАВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯНА ОСНОВЕРТУТНОГО РАЗРЯДА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ С ВЫСОКОЙПЛОТНОСТЬЮ ТОКАСпециальность:05.09.07 – «Светотехника»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,Попов О.А.Москва – 2015ОглавлениеВведение. ..................................................................................................................

41. Анализ литературы. ........................................................................................ 121.1. Классификация УФ излучения. ................................................................ 121.2. Некоторые области применения УФ излучения. .................................... 131.3. Генерация УФ излучения ртутным разрядом низкого давления. ......... 161.4. Применение амальгамы для оптимизации режима работы лампы. ...... 181.5. Параметры, определяющие эффективность генерации резонансногоизлучения плазмой ртутного разряда..............................................................

211.6. Измерение оптических характеристик ртутных ламп низкого давления.............................................................................................................................. 371.7. Ресурс источников излучения. .................................................................. 441.8. Заключение к анализу литературы. .......................................................... 482.

Объектисследования,методикаизмеренияиописаниеэкспериментальной установки. ............................................................................ 512.1. Объект исследования. ................................................................................ 512.2. Предложенная методика измерения потоков резонансных линийтрубчатых ламп и ее апробация. ...................................................................... 532.3. Использованная методика измерения параметров лампы. .................... 652.4.

Заключение к главе 2. ................................................................................ 763. Результаты экспериментов и обсуждение. ................................................... 783.1. Определение необходимых поправок. ..................................................... 783.2. Зависимость параметров лампы от частоты разрядного тока. .............. 833.3. Зависимость параметров лампы от состава и давления наполняющейсмеси. ..................................................................................................................

8623.4.Зависимость параметров лампы от силы тока разряда. .......................... 953.5. Опытный образец источника ВУФ излучения. ..................................... 1033.6. Заключение к главе 3. .............................................................................. 1054. Заключение. ................................................................................................... 1075. Список литературы. ...................................................................................... 1103Введение.Актуальность темы диссертации.Спектр ртутного разряда низкого давления р<1 мм.рт.ст.

содержит двеинтенсивные резонансные линии на длинах волн 253,65 и 184,95 нм,соответствующихультрафиолетовому(УФ-С)ивакуумному(ВУФ)излучению. К вакуумному УФ излучению относится излучение с длинойволны меньше 200 нм, которое поглощается в воздухе молекулярнымкислородом с образованием озона. Крупные масштабы современныхпромышленных производств и возникающие в данной связи вопросыподдержания экологического равновесия требуют разработки и внедренияэффективных методов очистки газовых сред. Многие применяемые всовременнойпромышленноститехнологическиепроцессытребуютиспользования материалов и заготовок высокой чистоты. Специфика такогорода задач не позволяет допускать загрязнение поверхности используемыхобразцов.

Ряд перспективных технологий, направленных на решениеуказанных задач, связаны с использованием излучения УФ-С и ВУФдиапазонов.Давно известен бактерицидный эффект, которым обладает излучение сдлинами волн 200-300 нм. Для систем обеззараживания применяютсямощные бактерицидные газоразрядные источники УФ излучения, в которыхдля поддержания высоких рабочих температур вместо металлической ртутииспользуется амальгама.

Поэтому генерация излучения линии 254 нм вртутной плазме низкого давления достаточно подробно изучена итеоретически и экспериментально. В свою очередь, генерация ВУФизлучения на длине волны 185 нм мощными лампами с высокимиплотностями тока разряда (>0,4А/см2) мало изучена как экспериментально,такитеоретически.Неразвитойостаетсяметодикаизмерениярадиометрических параметров газоразрядных источников ВУФ излучения. В4значительной мере это связано с тем, что в задачах обеззараживанияизлучение линии 185 нм считается «паразитным» и разрядные колбы УФисточников излучения обычно изготовляются из кварца, не пропускающегоВУФ излучение, в том числе на длине волны 185 нм.В связи с тем, что ВУФ излучение (185 нм) находит применение втехнологиях, направленных на решение различных научно-техническихзадач(АОТпредставляютпроцессы,обработканаучныйиполимерныхпрактическийинтерессоединенийидр.),экспериментальныеисследования генерации ВУФ излучения в плазме ртутного разряда низкогодавления и влияния условий разряда на эффективность генерации.Цели работы.Целью настоящей работы является получение экспериментальныхданных об электрических и фотометрических параметрах трубчатыхамальгамных ламп низкого давления с разрядом в смеси паров ртути иинертных газов при больших плотностях тока 0,5-1,2 А/см2 с частотамидесяткикилогерц.Посколькуполноценноеизучениесвойствэкспериментальных образцов ртутных ламп невозможно без надежнойметодики радиометрических измерений, а для озоновых ламп такаяметодика, учитывающая особенности объекта исследования, до сих пор непредложена, ее разработка и апробация является важной задачей даннойработы.Научная новизна.1.

Предложена методика измерения потока линии 185 нм ртутной лампынизкого давления с учетом изменения характера пространственногораспределения излучения в процессе эксплуатации, без прямогоизмерения кривой силы излучения (КСИ).52. Исследовано влияние частоты разрядного тока, при ее изменении впределах 10-80 кГц, на генерацию ВУФ – важной составляющейизлучения плазмы ртутного разряда низкого давления. Впервыеустановлено, как степень этого влияния зависит от состава и давлениянаполняющей лампу смеси инертных газов.3.

Изучено влияние состава и давления наполняющей лампу смесиинертных газов на генерацию озонирующего излучения. Впервыеустановлено, что наибольший КПД генерации ВУФ излучениядостигается с использованием смеси из 30% неона и 70% аргона.4. Исследованы зависимости параметров генерируемого ВУФ излученияот величины плотности разрядного тока в диапазоне 0,5 – 1,2 А/см2.Впервые показано как изменяются эти зависимости от давления исостава наполняющей лампу смеси инертных газов.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Методика измерения потоков озонирующего и бактерицидногоизлучения.2. Зависимость потока и КПД генерации ВУФ излучения плазмойртутного разряда низкого давления от частоты разрядного тока вдиапазоне 10-80кГц при различных процентных соотношениях неона иаргона в буферной смеси, и давлениях буферной смеси 1-2торр.3. Результаты исследования влияния давления и процентного составасмесиNe-Ar,наполняющейлампу,нагенерациюизлучениярезонансных линий ртутной плазмой низкого давления.4. Результаты исследования влияния величины плотности тока разряда нагенерацию излучения резонансных линий ртутной плазмой низкогодавления при различном наполнении лампы.6Достоверность полученных результатов.Достоверность полученных результатов определяется:• Использованием при проведении экспериментальных исследованийсовременного поверенного оборудования.• Проведенным анализом погрешностей измерений фотометрических иэлектрических параметров и учетом их в экспериментальныхисследованиях.• Воспроизводимостью (в пределах рассчитанных доверительныхинтервалов) экспериментальных данных, полученных на несколькихсериях экспериментальных образцов.• Практической реализацией, на основе полученных результатов, в НПО«ЛИТ» серии амальгамных источников ВУФ излучения на основертутного разряда низкого давленияПрактическая и научная значимость результатов.Практическая и научная ценность полученных результатов заключается вполучении экспериментальных данных по генерации ВУФ - излученияплазмой ртутного разряда низкого давления в присутствии смеси инертныхгазов.

Полученные результаты могут использоваться при разработкегазоразрядных источников ВУФ излучения и оптимизации их параметров.Крометого,полученныеэкспериментальныерезультатымогутиспользоваться для проверки и уточнения математических моделей ртутногоразряда низкого давления. Разработанная автоматизированная системаизмерений может быть использована для контроля качества изделий,выпускаемых светотехническими предприятиями (НПО «ЛИТ», и др.).Личный вклад автора.Численныерасчетывыполненыавторомсамостоятельно.Экспериментальные результаты, приведенные в работе, получены ипроанализированы автором самостоятельно.7Апробация работы.Основныерезультатыдиссертациидокладывалисьнаследующихмеждународных и всероссийских конференциях:1. Научно-техническая конференция «Молодые светотехники России».Москва, Декабрь 2012.2. VIIВсероссийскаяконференцияпоконференцияпофизическойэлектронике.Махачкала, 2012.3.