Газоразрядный источник света

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (1)868888 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51)М Кп.3 (22) Заявлено 04. 01. 80 (21) 2863409/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

H 01 J 61/64

Государственный комитет

СССР но аелам изобретений и открытий

Опубликовано 30.09.81. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 30. 09. 81 (53) УДК 621.327 (088.8) (72) Авторы изобретения

Н.В. Волков, Н.В. Васильев, А.А. Гилев и Н.В. Рогожкина

Куйбышевс роительнь (71) Заявитель и инстйтут=. кий инженерно-ст им. А.И. Микояна (54) ГАЗОРАЗРЯДНЫИ ИСТОЧНИК СВЕТА

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в качестве газораэрядного источника света непрерывного излучения для бытового, производственного и общественного освещения.

Известны устройства газоразрядных источников света, в которых световой поток образуется излучением газоразрядной плазмы, которая создается в результате прохождения электричес; кого тока через газы или пары металлов. Газоразрядные источники света таких устройств состоят из прозрачной вакуумной камеры цилиндрической,ша- 15 ровой или прямоугольной формы с впаянными анодами и катодами. В большинстве случаев областью излучения является плазма положительного столба, который представляет собой наи- 20 большую светящуюся зону тлеющего разряда. Основной вклад в излучение плазмы этой зоны разряда вносит резонансное излучение, возникающее за счет возбуждения нейтральных атомов газа под действием электронов (11, (2) и (3) .

Однако интенсивность излучения положительного столба недостаточна .из-з малой концентрации зарядоно- 30

2 сителей п, что обусловлено слабыми ионизационными процессами вследствие невысокой средней энергии электронов и амбиполярной диффузией зарядоносителей на ограничивающие стенки разрядной камеры. В результате в положительном столбе интенсивность излучения невелика, а световая отдача не превышает 7Ъ.

Иэ-за малого интервала длин волн в спектре излучения данной плазмы цветопередача сильно отличается от спектра дневного света.

Наиболее близким к предлагаемому является источник света, где используется увеличенная зона интенсивного катодного свечения. Цилиндрическая вакуумная камера этого источника с коаксиально расположенными электродами заполняется рабочим газом до давлений, соответствующих тлеющему разряду. Электроды выполнены штыревыми, причем аноды располсжены по образующей внутреннего цилиндра, а катоды — по образующей внешнего цилиндра (4).

Но данный источник света может работать только на стабилизированном источнике постоянного напряжения.

При смене ролей у анода и катода в

868888

В цилиндрической камере 1 непосредственно у одной из ее торцовых стенок соосно и в одной плоскости расположе- 35 ны два спиралеобразных пластинчатых анода 2 и 3 с малым шагом между витками. На небольшом. расстоянии от анодов 2 и 3 соосно размещен катод в виде проволочной спирали 4, прозрач- 4р ность которой составляет 70%. Все свободное пространство разрядного устройства, расположенное справа электродной системы, при зажигании разряда заполняется плазмой катодного свечения 5. с целью исключения стро- 45 боскопического эффекта в электрическую цепь источника включен дроссель 6.

Один из вариантов предлагаемого источника света, в котором проводи- 50 лись экспериментальные исследования, представляет собой цилиндрическую вакуумную .<амеру из стекла диаметром

7,6 10 м и длиной 0,48 м. Диаметр электродов был не более 6,8 10 м.

Витки пластинчатых анодов 2 и 3 по ширине составляли 4 мм,, а шаг между ними 2 мм. Катодная спираль 4 имела шаг между витками не более 4 мм.Расстояние d между анодами и катодом подбирались таким образом, что созда- 60 вались односторонние относительно катода 4 условия затрудненного разpd ро о, где pd — произведение давления наполняемого газа на данное расстояние; p — давление 65 устройстве образуется плазма небольшсгс объема, а интенсивность ее излучения резко падает. Кроме того, рабочие электроды имеют протяженность пс всей длине разрядной камеры занимают значительный объем. В результате этого, данный источник света работает с недостаточной эффективностью и совсем не может работать на промышленном напряжении.

Цель изобретения — повышение эффективности газоразряднсго источника !

О света, КПД и расширение эксплуатационных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в газоразрядном источнике света, содержащем вакуумную камеру из прозрачного материала, наполненную рабочим газом до давлений тлеющего разряда, электроды смонтированы у одного из торцов разрядной камеры,.причем анод выполнен в виде двух пластин-20 чатых спиралеобразных электродов, расположенных соосно .и в одной плоскости, а катод — из плоской проволочной спирали, соосной с анодом и отстоящей от него на расстоянии, рав- 25 нсм половине темного катодного пространства тлеющего разряда.

На фиг. 1 изображен источник света с электрической схемой, продольный разрез; на фиг. 2 — аноды, поперечный З разрез; на фиг..3 — катод, поперечный разрез. газа в 1 торр; d< — толщина темного катодного пространства при р

Еще большие .затрудненные условия созданы для возникновения разряда между анодами 2 и 3 при подаче на них переменного напряжения. Расстояние 6 между ними так мало, что при рабочем давлении наполняемого газа в данном устройстве во много раз меньше средней длины свободного пробега электрона Х, т. е. еКроме того, дополнительным препятствием для возникновения разряда между анодами 2 и 3 являются нагруэочные сопротивления 7 и 8.

При включении промышленного переменного напряжения через трансформатор в устройстве зажигается короткий тлеющий разряд, в котором разрядные области локализуются справа от рабочих электродов. Слева (до анодов) и справа от спирального катода 4 устанавливается единственное в разряде темное пространство. За ним располагается протяженное яркое катодное свечение 5, заполняющее все свободное пространство разрядной камеры 1. При небольшой аномальности разряда и р = 0,15 торр неона в разрядном устройстве устанавливается ток = 6 10 А и переменное напряжение 0 = 360 В. Плазма катодного свечения 5 имеет форму ярко светящегося столба, диаметр которого равен диаметру спирального катода 4, а длина достигает нескольких десятков сантиметров. Электродная система занимает по длине всего 20 мм. С увеличением аномальности разряда растут яркость и длина плазменного столба. С больШой поверхности этого столба испускается интенсивное излучение.

Образование плазмы катодного свечения 5 больших размеров в данном источнике света, работающем на переменном напряжении, происходит за счет использования условий затрудненного разряда и выпрямляющего действия электродной системы.

Согласно электрической схеме устройства (фиг.1) в первый полупериод приложенного переменного напряжения наибольший потенциал будет на аноде 2. При указанной геометрии разрядного промежутка и подобранном давлении наполняемого газа короткий тлеющий разряд установится между анодом .2 и катодом 4. В этом случае электроны из разрядных зон поступают на анод 2 (анод 3 находится под отрицательным потенциалом), а положительные ионы направляются на спиральный катод 4, где создают вторичную электронную эмиссию (1"-процессы).

Для ограничения разрядного тока в цепи анода 1 имеется балластное сопротивление 7. Во втором попупериоде

868888 разряд будет между анодом 3 и като. ом 4 (на аноде 2 отрицательный по-, :енциал). Вследствие того, что анод совмещен в пространстве с анодом

2, разрядные эоны не меняют своего местоположения. По той же причине направленное движение зарядоносителей не меняется. Ограничение разрядного тока в этом полупериоде выполняет сопротивление 7.

В результате того, что в предлагае- о мом изобретении расположение электродов является односторонним,электрическое поле разрядного промежутка является характерным. Согласно проведенным зондовым исследованиям это поле имеет следующую структуру. Против витков катода 4 в направлении катодного свечения напряженность электрического поля спадает от больших значений до нуля. Против просвета между витками напряженность при- 2О мерно той же величины, но направлена обратно. Электроны, образованные -процессами быстро набирают большую кинетическую энергию под действием сильного электрического поля в направлении катодного свечения. Эту энергию они полностью расходуют на иониэацию и возбуждение нейтральных атомов газа. Часть электронов,образованных в объемной ионизации, набирая энергию, сама производит акты ионизации. В результате такой двухсторонней .ионизации в разрядных зонах возникает значительная концентрация зарядоносителей (n8 > 10""см- ).

Большая плотность электронов и ионов обуславливает в плазме катодного свечения интенсивные рекомбинационные процессы. Вследствие этого плазма катодного свечения кроме резонансного испускает еще и интенсивное ре- 40 комбинационное излучение.

В итоге, при сравнении со спектром известного излучения плазмы спектр предлагаемого источника света более насыщен интенсивными спектральными . 4g линиями, особенно в коротковолновой части. В связи с тем, что плазма катодного свечения свободна от электродной системы, ее удельный объем в

12 раз больше, чем в известном уст- О ройстве. В электрическую схему данного устройства включен дроссель, что исключает воэможность появления стробоскопического эффекта, в то время как имеющиеся источники .света на переменном. напряжении не лишены этого недостатка. Кроме того, в данном источнике света может с успехом использоваться большое разнообразие форм разрядной камеры: короткий цилиндр с большим диаметром, длинный цилиндр, конус, груша (как обычная лампа накаливания).

Таким образом, предлагаемый газоразрядный источник света, работающий на переменном напряжении, с односторонним расположением электродов, обладающий интенсивным излучением плазмы катодного свечения больших размеров, имеет ряд предпочтительных характеристик и более высокий

КПД по сравнению с известным и другими газоразрядными источниками света, работающими в режиме тлеющего разряда.

Предлагаемый источник света с ука-занными свойствами может найти широкое и эффективное применение в различных областях светотехники.

Формула изобретения

Газоразрядный источник света,содержащий камеру из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим газом до давлений тлеющего раз— ряда и герметично установленные в ней соосно между собой катод и анод, отличающий с я тем, что, с целью повышения его эффективности и КПД и расширения эксплуатационных возможностей, анод и катод установлены у торца камеры последовательно один за другим в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси камеры, гричем катод выполнен в виде плоской проволочной спирали, а анод — в виде установленных в одной плоскости соосно и с равным шагом двух пластинчатых спиралей, отстоящих от катода,на расстояние, равное половине длины темного катодного пространства тлеющего разряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иванов A.Ï. Электрические источники света, Госэнергоиздат, 1955, с. 153.

2. Авторское свидетельство СССР

9 415752, кл. Н 01 J 61/06, 1974.

3. Патент CIOA 9 3546521, кл. 313-192, 1970.

4. Авторское свидетельство СССР

В 599296, кл. Н 01 J 61/64, 1978.

868888

Заказ 8344/77

Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель В. Горча нова

Редактор П. Макаревич Техред A. Бабинец Корректор Г. Решетник