источник излучения

Формула изобретения

Источник излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащий заполненную газом стаканообразную колбу из диэлектрика с прозрачным на рабочей длине волны выходным окном и источник питания с электродами, отличающийся тем, что колба помещена в металлическом корпусе-экране, на внешней поверхности выходного окна расположен заземленный перфорированный электрод, а высоковольтный электрод расположен на внутренней поверхности дна колбы и соединен с источником питания, расположенным в том же корпусе, по кратчайшему расстоянию, при этом дополнительно в корпусе установлено устройство нагнетания охлаждающего воздуха,

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам барьерного разряда, излучающим на переходах эксимерных и эксиплексных молекул, и может быть использовано в различных областях науки и техники, например, в фотохимии и в медицине.

Известные лампы барьерного разряда предназначены для облучения поверхностей в несколько десятков сантиметров и выше, а разряд в них состоит из большого количества филаментов (микроразрядов, имеющих вид двух тонких подошв, прилегающих к поверхности барьеров, и интенсивной тонкой перемычки между ними). Ресурс работы таких устройств может варьироваться, что зависит как от давления рабочей смеси, так и от их конструктивного исполнения.

Известен планарный эксимерный источник ультрафиолетового излучения, содержащий круглое выходное окно из диэлектрика, прозрачного на рабочей длине волны, два металлических параллельно установленных электрода, один из которых - высоковольтный - перфорирован и размещен на внешней поверхности выходного окна, а второй - сплошной - заземлен и служит радиатором, для чего охлаждается проточной водой, пространство между выходным окном и сплошным электродом заполнено газовой средой, источник питания, подключенный к обоим электродам [1]. Недостатком этого источника является наличие высокого напряжения на выходной части, что снижает безопасность работы и служит источником электромагнитных помех. Кроме того, даже с принудительным водяным охлаждением ресурс работы одной рабочей смеси источника невелик, поскольку в процессе работы смесь непосредственно контактирует с металлическим электродом.

Известен также источник излучения большой мощности, содержащий две коаксиально установленные, цилиндрические трубки из диэлектрика, пространство между трубками заполнено газовой средой, металлические электроды, один из которых - высоковольтный - сплошной и расположен во внутренней трубке, а второй - перфорирован и размещен на внешней поверхности, источник питания [2]. Источник находится в ванне с хладагентом, прозрачным для генерируемого излучения. Этим обеспечивается форсированное охлаждение источника излучения, что позволяет повысить ресурс работы газовой смеси и увеличить плотность мощности излучения. Однако с увеличением пути излучения от излучающего объема к экспонируемой зоне увеличиваются и потери в интенсивности излучения.

Известно, что ресурс работы источника можно поднять так, как это сделано в лампе по патенту США [3]. Для этого в колбе лампы, выполненной из прозрачного для УФ-излучения материала и заполненной газовой средой, дополнительно содержится резервуар с галогеном, который может быть высвобожден в колбу нагреванием. Достоинством метода является существенное увеличение ресурса работы источника, однако процедура его изготовления и конструкция заметно усложняются. Кроме того, выход излучения со временем может быть нестабилен.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому источнику излучения является источник излучения [4], выбранный в качестве прототипа, содержащий две коаксиально установленные цилиндрические трубки из диэлектрика, образующие полость в форме стакана, пространство в полости заполнено газовой средой, металлическую крышку с расположенным в ней круглым выходным окном из материала, прозрачного на рабочей длине волны, электроды, расположенные на внешней и внутренней поверхности диэлектрической полости. К электродам подключен источник питания.

В известном источнике излучения между внутренними поверхностями полости формируется барьерный разряд, излучение выводится через выходное окно. Большой объем полости обеспечивает лучшее охлаждение газовой смеси, однако, несмотря на портативность и повышенный ресурс работы смеси, источник не обеспечивает высоких значений плотности средней мощности через выходное окно.

Таким образом, среди существующих источников излучения на основе барьерного разряда трудно сохранить высокий ресурс и стабильность выхода излучения и одновременно сделать устройство портативным, безопасным и имеющим высокую плотность мощности, что важно, например, при использовании в медицинских целях.

Задачей настоящего изобретения является увеличение ресурса плотности мощности источника излучения на основе барьерного разряда работы, уменьшение веса прибора, повышение безопасности работы с ним.

Технический эффект достигается тем, что в источнике излучения с возбуждением барьерным разрядом, содержащем заполненную газом стаканообразную колбу из диэлектрика с прозрачным на рабочей длине волны выходным окном и источник питания с электродами, согласно изобретению колба помещена в металлический экранирующий корпус, на внешней поверхности выходного окна расположен заземленный перфорированный электрод и соединен с корпусом, а высоковольтный электрод расположен на внутренней поверхности дна колбы и соединен с источником питания, расположенным в том же корпусе, по кратчайшему расстоянию. При этом дополнительно в корпусе установлено устройство нагнетания воздуха для охлаждения источника питания и колбы.

На чертеже изображен источник излучения.

Колба источника излучения выполнена из диэлектрических коаксиальных трубок 1 и 2 и выходного окна 3, прозрачного на рабочей длине волны. В полости колбы содержится газовая среда 4. На внутренней поверхности дна колбы 5 размещен высоковольтный металлический электрод 6, соединенный с источником питания 7. На внешней поверхности выходного окна 3 помещен перфорированный электрод 8, соединенный с металлическим корпусом-экраном 9. Устройство прокачки воздуха 10 через корпус-экран 9 при такой компоновке элементов обеспечивает форсированное охлаждение источника питания 7 и колбы 5.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания 7 на электроды 5, 8 подается импульс напряжения. Происходит зарядка внутренних областей стенки колбы 5 и 8, расположенных под электродами, и пробой между этими областями. Затем в рабочей среде зажигаются филаменты. Область, занимаемая филаментами, относительно невелика по сравнению с полным объемом полости. Это и форсированное двухстороннее воздушное охлаждение стенок колбы позволяет уменьшить скорость деградации газовой среды, повысить энерговклад в среду и, соответственно, увеличить плотность мощности излучения источника. Металлический корпус 9 экранирует помехи, создаваемые импульсным напряжением от источника питания 7. Близость источника питания 7 к электроду 6 также уменьшает уровень электромагнитного шума. Расположение высоковольтного электрода внутри колбы также делает использование источника излучения безопасным для оператора.

Источник излучения обеспечивает стабильность выхода излучения, безопасность работы, помехозащищенность, высокие уровни плотности мощности излучения, обеспечивает высокий срок службы газовой среды и одновременно является портативным.

Экспериментальные исследования заявляемого источника излучения показали, что в сравнении с устройством аналогичного назначения (прототип) [4] источник обеспечивает увеличение ресурса работы, причем более простым способом, чем в [1, 2, 3], одновременно обеспечивая высокие уровни мощности излучения и безопасность работы. Предложенный источник представлял собой корпус диаметром 70 мм с помещенной у одного его торца колбой с площадью выходного окна 33 мм² и длиной 6,5 см, источником питания и вентилятором у другого торца. Колба была заполнена смесью газов Xe и Cl₂ в соотношении 400/1 при общем давлении 190 мм рт.ст. На электроды от источника питания подавалось синусоидальное напряжение с частотой 127 кГц, что обеспечивало плотность мощности ультрафиолетового излучения на выходном окне от 6 до 100 мВт/см ². В источнике-прототипе долговременная работа смеси, содержащей галоген Cl₂, была бы невозможной, поскольку смесь в процессе работы контактирует с металлической крышкой на торце колбы, поэтому источник-прототип обеспечивал работу только в случае заполнения полости инертными газами. При этом значении плотности мощности не превышали 5 мВт/см² , что обеспечивается удаленностью излучающей зоны от выходного окна. В заявляемом источнике излучающая зона между стенками 6 и 1 находится в непосредственной близости от облучаемой зоны, что обеспечивает значения плотности мощности излучения на порядки большие, чем у прототипа.

Следует отметить и то, что получение мощности излучения на уровне 100 мВт/см² в известных устройствах [1, 2] возможно только при наличии водяного охлаждения, а в заявляемом источнике этого удается добиться, применяя более простое воздушное охлаждение. Это дает возможность снизить вес и сделать источник портативным.

Используемая литература

1. Kogelschatz U. Silent discharges for the generation of ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer radiation // Pure & Appl. Chem. Vol. 62. No. 9, p.1668, 1990.

2. Патент EP 0517929. Облучающее устройство большой мощности // ИСМ. №4, с.13, 1994.

3. Hofmann A., Reber S., Schilling F. Long-life high powered excimer lamp with specified halogen content, method for its manufactore and extension of its burning life // Описание к патенту US 5889367 Mar, 30, 1999.

4. Proceedings of the 7th Intern. Symposium on the Science and Technology of Light Sources (LS:7). Kyoto - Japan (27-31 August 1995), 45:P. p.162, 1995.