Диссертация (Экспериментальное исследование источника вакуумного ультрафиолетового излучения на основе ртутного разряда низкого давления с высокой плотностью тока), страница 7

Результатыэкспериментов по определению толщины защитного слоя представлены втаблице 1.7.1.Табл. 1.7.1. Результаты измерения толщины защитного покрытия.ПокрытиеAl 2 O 3Диаметр322832191 слой, нм51±524±652±1423±52 слой, нм20±524±620±826±63 слой, нмПрирост в пределах погрешности измеренияYb 2 O 3колбы, мм47Полученныерезультатысогласуютсясрезультатамиресурсныхиспытаний, проведенных в работе [36]. На Рис. 1.22. показан относительныйспад потока линии 254 нм в процессе срока служба ламп в колбе диаметром28мм, с наполнением 60Ne/40Ar,р Σ =0.3торр, I=3,2A.Рис.

1.22 Результаты ресурсных испытаний ламп с разным количествомслоев покрытия. 1 – без покрытия, 2 – один слой покрытия, 3 – два слояпокрытия, 4 – три слоя покрытия, 5 – четыре слоя покрытия [36]Из графика видно, что нанесение одного и двух слоев покрытия даетприблизительно одинаковый значительный эффект, а последующие слоипривносят значительно меньший вклад в увеличение эффективного ресурсалампы.1.8. Заключение к анализу литературы.Плазма дугового разряда в смеси паров ртути и инертных газовявляется эффективным источником УФ – излучения.

Спектр ртутного48разряда содержит две интенсивные резонансные линии – 184,9 и 253,7 нм.Излучение линии 253,7 нм обладает бактерицидным эффектом и находитсявблизимаксимумакривойбактерициднойэффективности.Поглощаяизлучение с длиной волны <200 нм, молекулярный кислород диссоциирует собразованием возбужденного атома кислорода O(1D).Данное свойство УФ –излучения делает его перспективным для использования в задачах связанныхс наработкой озона и OH–радикалов (АОТ процессы). Для повышенияэффективности АОТ процессов необходимы источники, обладающиевысокимиинтенсивностью и КПД генерации УФ – излучения.Оптимальное для генерации УФ – излучения давление паров ртутисоставляет 7-10 мторр.

Для поддержания оптимального давления паров ртутив лампах с высокой удельной мощностью целесообразно использоватьамальгаму вместо металлической ртути.Интенсивность и КПД генерации излучения линий 184,9 и 253,7 нмзависят от параметров лампы, среди которых важнейшими являютсягеометрические размеры, сила и частота разрядного тока, давление и составнаполняющей смеси инертных газов, а так же конструкция электродов.

Влитературе представлено крайне мало работ, посвященных исследованиюгенерации излучения линии 185нм в плазме ртутного разряда с высокойплотностьюисследованиетока,поэтомугенерациипредставляетэтогоизлученияинтересвэкспериментальноертутных(амальгамных)кварцевых лампах. По результатам анализа проделанных ранее (в том числе,автором) работ выбраны диапазоны изменения параметров исследуемыхисточников.

Внутренний диаметр колбы выбран равным 16,6 мм, чтообусловлено увеличением нагрузки на защитное покрытие с уменьшениемдиаметра и ухудшением условий генерации ВУФ излучения с увеличениемдиаметра. Диапазон изменения силы тока разряда выбран 1-2,5А. Нижняяграница диапазона определяется условием поддержанием высокого значенияудельного потока ВУФ излучения, а верхняя граница - условием сохранения49высокого КПД генерации ВУФ излучения.

Диапазон частот синусоидальногоразрядного тока 10-80кГц, т.к. уменьшение частоты ведет к уменьшениюКПД, а увеличение частоты - к росту стоимости ЭПРА, без значимыхпредпосылок к улучшению характеристик лампы. В качестве наполнениялампы применяются смеси неона с аргоном в различных соотношениях.Более тяжелые газы не используются, т.к. их применение ведет к ухудшениюусловий генерации ВУФ излучения, а более легкий гелий не удаетсяудержать в колбе из-за его вытекания в местах заштамповки электродов. Приэтом диапазон давлений буферной смеси выбран 1-2торр, что определяетсяусловием получения высоких удельной мощности и КПД (верхняя граница),и длительным эффективным сроком службы - несколько тысяч часов(нижняя граница).Существующие методики измерения фотометрических характеристикУФ - ламп либо не учитывают особенности формы пространственногораспределения излучения источника, либо являются слишком сложными идорогими в реализации.Таким образом, важной представляется задачаподбора методики радиометрических измерений, совмещающей простоту иточность, а так же, задача проведения экспериментального исследованиявлияния, которое оказывают параметры разряда на генерацию излучениялинии 185 нм.502.

Объект исследования, методика измерения иописание экспериментальной установки.2.1. Объект исследования.Генерация бактерицидного (254 нм) и озонирующего (185 нм) излученияосуществляется плазмой, образующейся при протекании переменного (1080кГц)синусоидальногоэлектрическоготокачерезпромежуток,заполненный парами ртути при давлении 0,1-10 Па (лучший режимгенерации резонансного излучения достигается при давлении около 1 Па исмесью неоном с аргонам. Содержание неона в смеси варьируется от 0 до100%, суммарное давление инертных газов в холодном состоянии составляетсотни паскалей. Описанная система может располагается в линейной илиизогнутой цилиндрической трубке, выполненной из природного илисинтетического кварца (синтетический кварц лучше пропускает ВУФизлучение, однако обладает более высокой стоимостью). Разрядная трубка свнешним диаметром 19 мм и внутренним диаметром 16,6 мм покрываетсязащитным покрытием, задача которого состоит в защите внутреннейповерхности кварца от разрушения в результате длительного взаимодействияс плазмой и высокоэнергетичными квантами, а так же, в недопущениипопадания ртути в толщу кварца, т.к.

оба эти процесса совместно ведут куменьшениюкоэффициентапропусканиятрубкивпроцессесрокаслужбы.Величина диаметра разрядной трубки выбрана из следующихсоображений: увеличение диаметра ведет к снижению удельной мощности иувеличению стоимости изделия, а уменьшение диаметра, хотя и позволяетдобиться более высоких значений удельного потока, одновременно ведет кувеличению нагрузки на защитное покрытие колбы. Увеличение нагрузки назащитное покрытие нежелательно, учитывая сильный эффект, которыйоказывает потемнение колбы на эффективность источника ВУФ излучения.51С двух сторон в кварцевую трубку заштамповываются электроды.Функция катода заключается в эмиссии электронов в разряд (термоэмиссияи, в меньшей степени, вторичная эмиссия) и сборе ионов, поступающих нанего в процессе продольного катафореза. Анод, в свою очередь, собираетэлектронный ток.

Условия работы катода и анода очевидно различны, однаков лампах, работающих на переменном токе, они меняются местами каждыеполпериода. Для улучшения эмиссионных свойств, электроды покрываютсуспензиями из оксидов щелочноземельных металлов с различнымиприсадками. Электроды газоразрядных ламп НД (их часть, расположеннаявнутри колбы) представляют из себя закрученный в двойную спиральвольфрамовый керн, на который сверху навивается дополнительнаяспирализация из нити малого диаметра- таким образом получается электрод стройной спирализацией.

Спирализация керна позволяет увеличить длинунити, при сохранении компактности. В свою очередь, дополнительнаяспирализация позволяет лучше удерживать на электроде эмиссионноевещество.Врамкахисследоватьнастоящейвлияниеработыизмененияставитсяразличныхзадачаэкспериментальнопараметровлампынаудельные(Вт/см) и полные потоки, а так же КПД генерации резонансныхлиний. Особый интерес представляет получение данных о генерацииизлучения с длиной волны 185 нм, т.к.

она мало изучена при условиях,характерных для работы бактерицидных ламп (высокие плотности тока), и, вто же время, возможность применения теоретических методов ограничена ихвысокой сложностью и недостаточной точностью получаемых результатов.522.2. Предложенная методика измерения потоков резонансных линийтрубчатых ламп и ее апробация.В п.1.6. был произведен разбор существующих методик измеренияпотока УФ – излучения ртутных ламп, указаны их преимущества инедостатки. В результате произведенного анализа, можно сформулироватьследующую задачу: разработать методику раздельного измерения потоковлиний185и254нм,включающуюполучениеинформацииопространственном распределении излучения, без использования сложного идорогостоящего экспериментального оборудования.Для проверки предложенной методики, измерения пространственногораспределения потока лампы проводились для излучения линии 254 нм спомощью радиометра IL1700 с детектором SED240.

Итак, покажем, что дажедля этой линии, методики, использующие косинусное приближение для КСИ,могут давать заметные погрешности.Дляданногоисследованиябылаизготовленасериялампсмежэлектродным расстояние 31,5 см, диаметром колбы (внешним) 19 мм,наполнением 100% Neпри давлении 1,4 торр. На внутреннюю поверхностьколбы был нанесен один слой защитного покрытия из оксида алюминия.Лампы питались переменным током с частотой 38кГц и действующимзначением 2А. Приведенные данные получены в максимуме интенсивностиизлучения лампы. Для достижения максимума под амальгамой, нарасстоянии порядка длины лампы, устанавливался вентилятор, включенный всеть через ЛаТР, и, таким образом, регулируя напряжение питаниявентилятора, можно было менять температурный режим работы лампы.Измерения КСИ проводилисьв черной комнате (ρ стен <10%), в показаниярадиометра вносилась поправка на засветку рассеянным излучением, длячегомеждулампойидатчикомустанавливалсяэкран,полностьюблокирующий прямую облученность от ИИ.