Источник ультрафиолетового излучения

Изобретение относится к газоразрядным источникам ультрафиолетового излучения и может быть использовано в различных областях науки и техники, например в фотохимии и в фотомедицине. Источник содержит кварцевую колбу, заполненную газовой средой, и электродную систему. При этом поверхность колбы произвольной геометрии покрыта нанопленкой гафнона или циркона, прозрачной в полосе излучения источника. Технический результат - снижение концентрации озона в окружающей среде.

 

Изобретение относится к газоразрядным источникам излучения, в частности к лампам, используемым в фотомедицине и фотохимии.

Имеется ряд ультрафиолетовых источников излучения, применяемых в фотомедицине и фотохимии для различных целей, например ртутные лампы, эксилампы и т.д. [1, 2]. Все они отличаются конструктивно и во всех случаях при их работе под воздействием УФ-излучения в воздушной среде вокруг них образуется озон, оказывающий неблагоприятное воздействие на организм человека.

Известные решения по снижению уровня озонирования состоят в том, что колбу лампы, содержащую электродную систему, помещают в кварцевую колбу большего диаметра, а пространство между ними заполняется парами серы [3] или смесью кислорода и азота [4], причем величина зазора между колбами влияет на пропускание ультрафиолетового излучения.

Недостатком решения [3] является то, что пары серы выступают фильтром для излучения с длинами волн короче 400 нм, что делает газоразрядное устройство непригодным для получения УФ-излучения. Недостатком обоих решений [3, 4] является существенное усложнение процедуры изготовления источников излучения, что увеличивает их стоимость. Кроме того, следует отметить, что современные источники ультрафиолетового излучения [2, 5], например эксилампы барьерного разряда, обладают большим разнообразием в геометрии колбы (коаксиальная, планарная и т.д.). В этом случае технические решения, предложенные в [3, 4] для цилиндрической конструкции, неприменимы.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является решение, в котором для снижения уровня озонирования при изготовлении ламп используется плавленый кварц, допированный ионами титана, например кварц марок М 235, М 235 plus, HQL 235, HQL 250 фирмы Heraeus [6]. При этом кварц становится непрозрачным на длинах волн короче 250 нм. К недостатку этого технического решения относится сложность процедуры допирования кварца ионами титана. Кроме того, использование такого кварца имеет ограничения, так как границы пропускания излучения резкие, а ассортимент выпускаемых, т.н. «безозоновых» марок кварца, невелик. Например, кварц М 235 plus используется только для производства ртутных ламп среднего давления.

Задачей настоящего изобретения является снижение концентрации озона в окружающей среде при работе ультрафиолетовых ламп различной геометрии.

Технический эффект достигается тем, что в источнике излучения, состоящем из кварцевой колбы с газовой средой и электродной системы, согласно изобретению, поверхность кварцевой колбы произвольной геометрии покрыта нанопленкой гафнона (HfSiO₄) или циркона (ZrSiO₄), прозрачной в полосе излучения источника.

Устройство работает следующим образом. После зажигания разряда в колбе возникает ультрафиолетовое излучение. Под его действием непосредственно у поверхности кварцевой колбы образуется наибольшее количество озона (О₃*), кроме того, образуются атомарный и молекулярный кислород (O₂, О). При столкновении с поверхностью колбы озон, взаимодействуя с гафноном или цирконом, образует перокисиды гафния и циркония. При этом концентрация озона падает. Далее, при столкновении с атомами кислорода пероксиды вновь переходят в свою начальную форму с выделением кислорода и могут быть вновь вовлечены в цикл разрушения озона. Пленки гафнона и циркона отличаются химической прочностью и не могут быть разрушены, и поэтому обеспечивают долгосрочный эффект по снижению концентрации озона.

Решение обеспечивает снижение концентрации озона в окружающей среде и применимо к колбам ультрафиолетового источника любой геометрии.

Пример конкретного исполнения.

В эксперименте предложенный источник представлял собой коаксиальную эксилампу барьерного разряда. Колба эксилампы имела диаметры внешней и внутренней трубок 43 и 20 мм, соответственно и длину 15 см. Колба была заполнена смесью газов Хе и Cl₂ в соотношении 200/1 при общем давлении 120 мм рт.ст. Внешний электрод в виде металлической сетки размещался на поверхности внешней трубки, а внутренний - сплошной, в виде металлической трубки - на внутренней поверхности внутренней трубки. На электроды от источника питания подавалось импульсное однополярное напряжение, что обеспечивало плотность мощности ультрафиолетового излучения на выходном окне 8 мВт/см². На поверхность колбы при соединении с диоксидом гафния создавалась пленка HfSiO₄, которая не меняла спектрального состава излучения источника. Для сравнения был взят такой же источник, но без покрытия.

Во время работы источник помещался в герметичную емкость, через которую медленно прокачивался воздух. Далее озонированный воздух попадал в стандартный раствор крахмала с KI в дистиллированной воде, применяемый для индикации сильных окислителей. О концентрации озона можно было судить по степени превращения KI: изменение окраски раствора пропорционально растворенному в воде озону, что можно контролировать колориметрически. При барботировании раствора только воздухом его окраска не менялась.

Экспериментальные исследования заявляемого источника излучения показали, что в сравнении с аналогичным устройством без покрытия заявляемый источник обеспечивал в 7-8 раз меньшую скорость образования озона на стенке.

Данное решение особенно пригодно для снижения уровня озона XeCl-эксиламп, используемых в медицине, например, в дерматологии для лечения кожных заболеваний.

Используемая литература

1. Справочная книга по светотехнике. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

2. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Источники спонтанного ультрафиолетового излучения: физика процессов и экспериментальная техника. Эксилампы. - Томск: Томский государственный университет, 1999.

3. Авторское свидетельство SU № 907637, Н01J 61/34, 1980.

4. Авторское свидетельство SU № 1765857, Н01J 61/34, 1992.

5. Oppenlaender Т., Sosnin E. // IUVA News. V.7. № 4. Р.14-18.

6. Проспект компании Heraeus «Quartz Glass for Ultra High Pressure and high intensity discharge lamps». HQS-LM-DS-05/05.

Источник ультрафиолетового излучения, состоящий из кварцевой колбы, заполненной газовой средой, и электродной системы, отличающийся тем, что поверхность колбы произвольной геометрии покрыта нанопленкой гафнона или циркона, прозрачной в полосе излучения источника.