RU214286U1 - Gas-discharge pulsed source of high-intensity ultraviolet radiation - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к газоразрядным (ГР) лампам, используемым в качестве источника ультрафиолетового (УФ) излучения в устройствах обеззараживания воздуха, открытых поверхностей и воды. ГР импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения выполнен с возможностью работы в спектральном диапазоне 200-300 нм и содержит заполненную плазмообразующей средой на основе ксенона трубчатую колбу из сапфира, имеющего в поперечном сечении стенки менее 6 монокристаллических блоков, и установленные на противоположных концах колбы электродные узлы, причем наружная и внутренняя поверхности колбы по крайней мере на части длины, соответствующей межэлектродному промежутку, отшлифованы на глубину 0,20-0,25 мм, и выполнены с постоянными радиусами при отклонении профиля Ra не более 0,012 мкм. Использование полезной модели позволяет повысить долговечность ГР импульсного источника высокоинтенсивного излучения путем увеличения удельной электрической нагрузки и повышения энергетической экспозиции УФ-излучения в начале срока службы. 1 ил.

The utility model relates to electrical engineering, in particular to gas discharge (GR) lamps used as a source of ultraviolet (UV) radiation in devices for disinfecting air, open surfaces and water. The GR pulse source of high-intensity UV radiation is designed to operate in the spectral range of 200-300 nm and contains a tubular sapphire bulb filled with a xenon-based plasma-forming medium, having less than 6 single-crystal blocks in the cross section of the wall, and electrode assemblies installed at opposite ends of the bulb, moreover, the outer and inner surfaces of the bulb, at least in part of the length corresponding to the interelectrode gap, are ground to a depth of 0.20-0.25 mm, and are made with constant radii with a Ra profile deviation of not more than 0.012 μm. The use of the utility model makes it possible to increase the durability of the GR of a pulsed source of high-intensity radiation by increasing the specific electrical load and increasing the energy exposure of UV radiation at the beginning of its service life. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к газоразрядным (ГР) лампам, используемым в качестве источника высокоинтенсивного ультрафиолетового (УФ) излучения в устройствах обеззараживания (УО) воздуха, открытых поверхностей и воды.The utility model relates to electrical engineering, in particular to gas discharge (GR) lamps used as a source of high-intensity ultraviolet (UV) radiation in devices for disinfection (UV) of air, open surfaces and water.

В настоящее время практически во всех современных импульсных УО, применяемых в медицинской практике, для инактивации микроорганизмов используется УФ-излучение, генерируемое импульсными ксеноновыми лампами с прямой трубчатой колбой из кварцевого стекла, которые до недавнего времени использовались преимущественно в лазерной технике. Спектр излучения такого ГР импульсного источника высокоинтенсивного излучения в диапазоне длин волн 200-300 нам является сплошным, что с учетом функционального назначения ГР лампы, обеспечивает высокую бактерицидную эффективность УО.At present, practically in all modern pulsed UVs used in medical practice, microorganisms are inactivated using UV radiation generated by pulsed xenon lamps with a straight tubular flask made of quartz glass, which until recently were used mainly in laser technology. The emission spectrum of such a GR of a pulsed source of high-intensity radiation in the wavelength range of 200-300 is continuous, which, taking into account the functional purpose of the GR lamp, ensures high bactericidal efficiency of the UV.

Одной из основных эксплуатационных характеристик ГР импульсного источника УФ-излучения является долговечность, под которой принято понимать срок службы, в течение которого параметры источника сохраняют свои значения в установленных пределах. Долговечность импульсных ГР ламп, применяемых в УО, исчисляется количеством часов, в течение которых происходит снижение энергетической экспозиции Е в спектральном диапазоне 200-300 нм от начального значения до регламентированной в технических условиях на ГР лампу величины, которая обеспечивает бактерицидную эффективность УО.One of the main performance characteristics of a pulsed source of UV radiation is durability, which is commonly understood as the service life during which the source parameters retain their values within the established limits. The durability of pulsed GR lamps used in UV is calculated by the number of hours during which the energy exposure E decreases in the spectral range of 200-300 nm from the initial value to the value regulated in the technical specifications for the GR lamp, which ensures the bactericidal effectiveness of UV.

Основной причиной, вызывающей снижение Е излучения ламп с кварцевой колбой, является постепенное уменьшение ее прозрачности из-за налета, образующегося в следствие работы в частотном режиме при высокой удельной нагрузке. Налет образуется в результате двух процессов в разрядном объеме лампы: распыления в результате эрозии материала электродов и изменения структуры внутренней поверхности кварцевой колбы. В последнем случае компоненты налета представляют собой продукты разложения кремнезема, возникающие в результате взаимодействия плазмы с материалом колбы. Компенсировать снижении Е УФ-излучения ГР ламп с кварцевой оболочкой в процессе эксплуатации можно только за счет увеличения электрической нагрузки, что, в свою очередь, с высокой степенью вероятности, может привести к разрушению колбы в результате возрастания газодинамического воздействия ударных волн и мгновенных термических ударов в момент прохождения импульсного тока короткой длительности. Для решения данной проблемы колбы ГР лампы изготавливают из устойчивого к агрессивным воздействиям плазмы и обладающего механической прочностью в условиях повышенных электрических нагрузок сапфира. У ГР ламп с сапфировой колбой снижение Е происходит только в результате эрозии электродов под высокотемпературным воздействием плазмы.The main reason for the decrease in E radiation of lamps with a quartz bulb is a gradual decrease in its transparency due to plaque formed as a result of operation in frequency mode at a high specific load. Plaque is formed as a result of two processes in the discharge volume of the lamp: sputtering as a result of erosion of the electrode material and changes in the structure of the inner surface of the quartz bulb. In the latter case, the plaque components are silica decomposition products resulting from the interaction of the plasma with the flask material. It is possible to compensate for the decrease in E of the UV radiation of GR lamps with a quartz shell during operation only by increasing the electrical load, which, in turn, with a high degree of probability, can lead to the destruction of the bulb as a result of an increase in the gas-dynamic effect of shock waves and instantaneous thermal shocks in the moment of passage of a pulsed current of short duration. To solve this problem, GR lamp bulbs are made of sapphire that is resistant to aggressive plasma influences and has mechanical strength under conditions of increased electrical loads. For GR lamps with a sapphire bulb, the decrease in E occurs only as a result of electrode erosion under the high-temperature plasma effect.

Так, из уровня техники известен ГР импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения (RU 103668 U1, опубл. 20.04.2011), который содержит заполненную плазмообразующей средой на основе ксенона прямую трубчатую колбу из сапфира, на противоположных концах которой герметично установлены электродные узлы. Колба представляет собой изготовленный по методу А.В. Степанова монокристалл оксида алюминия в виде прямой трубки.Thus, the GR pulse source of high-intensity UV radiation (RU 103668 U1, publ. 20.04.2011) is known from the prior art, which contains a straight tubular sapphire flask filled with a xenon-based plasma-forming medium, at the opposite ends of which electrode assemblies are hermetically installed. The flask is made according to the method of A.V. Stepanov single crystal of aluminum oxide in the form of a straight tube.

Однако изготовленные по методу А.В. Степанова трубки из сапфира имеют недостаточную долговечность в силу образования следующих дефектов в процессе изготовления:However, made by the method of A.V. Stepanov tubes made of sapphire have insufficient durability due to the formation of the following defects during the manufacturing process:

1. На внутренней и внешней поверхностях трубки в процессе направленной кристаллизации формируется дефектный слой толщиной до 0,20 мм в виде пузырей, заполненных газообразными примесями, огранки, волнистости и т.д. Наличие указанного слоя приводит к снижению прозрачности колбы за счет поглощения, отражения и рассеяния излучения, и как следствие, способствует уменьшению долговечности в силу низкого начального значения Е УФ-излучения.1. A defective layer up to 0.20 mm thick is formed on the inner and outer surfaces of the tube in the process of directional crystallization in the form of bubbles filled with gaseous impurities, faceting, waviness, etc. The presence of this layer leads to a decrease in the transparency of the flask due to the absorption, reflection and scattering of radiation, and as a result, contributes to a decrease in durability due to the low initial value of E UV radiation.

2. В толщине стенки формируются отдельные участки монокристаллической структуры (блоки), на границах которых возникают упругие напряжения, снижающие механическую прочность трубки и удельную электрическую нагрузку (р _{уд .}) на единицу внутренней поверхности колбы.2. Separate sections of a single-crystal structure (blocks) are formed in the wall thickness, at the boundaries of which elastic stresses arise, reducing the mechanical strength of the tube and the specific electrical load ( r _{ud .} ) per unit of the inner surface of the flask.

Известно, что Е=f(Р _л ), где Р _л - электрическая мощность лампы, то есть чем выше Р _л , тем больше Е. А предельная электрическая мощность лампы определяется как Р _{л .пред.} = р _{уд .} ·(π·d·L), где d, L - внутренний диаметр и части длины колбы, соответствующей межэлектродному промежутку разрядной камеры. Таким образом, при наличии более 6 блоков ограничение удельной электрической нагрузки (р _{уд .}) приводит к пределу начального значения Е. It is known that E \u003d f ( R _l ), where R _l is the electric power of the lamp, that is, the higher R _l , the greater E . And the limiting electric power of the lamp is defined as R _{l .prev.} = r _{ud .} ·( π·d·L ), where d, L are the inner diameter and parts of the bulb length corresponding to the interelectrode gap of the discharge chamber. Thus, if there are more than 6 blocks, the limitation of the specific electrical load ( r _{ud .} ) leads to the limit of the initial value of E.

Наиболее близким аналогом является ГР источник высокоинтенсивного излучения (US 2006202627 A1, опубл. 14.09.2006), содержащий заполненную плазмообразующей средой прямую трубчатую колбу из сапфира и установленные на противоположных концах колбы электродные узлы, причем наружная и внутренняя поверхности колбы по крайней мере на части длины, соответствующей межэлектродному промежутку, имеют сниженную толщину и шероховатость не более 0,012 мкм. Известный ГР источник может применяться в автомобильных газоразрядных фарах, лампах для освещения дисплеев, в видеопроекционных и медицинских лампах видимого диапазона, оптоволоконном освещении.The closest analogue is the GR source of high-intensity radiation (US 2006202627 A1, publ. 09/14/2006), containing a straight tubular sapphire bulb filled with a plasma-forming medium and electrode assemblies installed at opposite ends of the bulb, with the outer and inner surfaces of the bulb at least for part of the length , corresponding to the interelectrode gap, have a reduced thickness and a roughness of not more than 0.012 μm. The well-known GR source can be used in automotive gas-discharge headlights, display lamps, video projection and medical lamps in the visible range, and fiber optic lighting.

В данном решении за счет уменьшения толщины стенок колбы и полировки внутренней и внешней поверхностей трубки до указанной шероховатости устранен отмеченный выше основной недостаток ГР лампы с сапфировой колбой, заключающийся в наличии дефектного слоя, приводящего к снижению прозрачности колбы за счет поглощения, отражения и рассеяния излучения. Однако в изделии не устранен другой недостаток, связанный со снижением механической прочности трубки и удельной электрической нагрузки вследствие возникновения упругих напряжений на границах монокристаллических блоков неограниченного количества, что ведет к снижению долговечности таких ГР источников излучения. Кроме того, известная ГР лампа применяется как источник видимого излучения (света), т.е. колба лампы имеет максимальный коэффициент пропускания в диапазоне 380 - 780 нм, что не обеспечивает возможность ее применения в качестве эффективного высокоинтенсивного источника УФ-излучения.In this solution, by reducing the thickness of the walls of the bulb and polishing the inner and outer surfaces of the tube to the specified roughness, the above-mentioned main drawback of the GR lamp with a sapphire bulb, which consists in the presence of a defective layer, leading to a decrease in the transparency of the bulb due to absorption, reflection and scattering of radiation, is eliminated. However, another drawback has not been eliminated in the product, associated with a decrease in the mechanical strength of the tube and the specific electrical load due to the occurrence of elastic stresses at the boundaries of single-crystal blocks of an unlimited number, which leads to a decrease in the durability of such GR radiation sources. In addition, the well-known GR lamp is used as a source of visible radiation (light), i. the lamp bulb has a maximum transmittance in the range of 380 - 780 nm, which does not provide the possibility of its use as an effective high-intensity source of UV radiation.

Задачей полезной модели является создание ГР импульсного источника высокоинтенсивного УФ-излучения, способного работать в спектральном диапазоне 200-300 нм и лишенного недостатков прототипа.The objective of the utility model is to create a GR pulsed source of high-intensity UV radiation capable of operating in the spectral range of 200-300 nm and without the disadvantages of the prototype.

Технический результат заключается в повышении долговечности ГР импульсного источника высокоинтенсивного излучения путем увеличения удельной электрической нагрузки (р _{уд .}) и повышения энергетической экспозиции (Е) УФ-излучения в начале срока службы.Technical result is to increase the durability of the GR of a pulsed source of high-intensity radiation by increasing the specific electrical load (R _{oud .}) and increasing energy exposure (E) UV radiation at the beginning of the service life.

Заявленный результат достигается газоразрядным импульсным источником высокоинтенсивного УФ-излучения, выполненным с возможностью работы в спектральном диапазоне 200-300 нм и содержащим заполненную плазмообразующей средой на основе ксенона трубчатую колбу из сапфира, имеющего в поперечном сечении стенки менее 6 монокристаллических блоков, и установленные на противоположных концах колбы электродные узлы, причем наружная и внутренняя поверхности колбы по крайней мере на части длины, соответствующей межэлектродному промежутку, отшлифованы на глубину 0,20 - 0,25 мм, и выполнены с постоянными радиусами при отклонении профиля R _a не более 0,012 мкм.The claimed result is achieved by a gas-discharge pulsed source of high-intensity UV radiation, designed to operate in the spectral range of 200-300 nm and containing a tubular sapphire bulb filled with a xenon-based plasma-forming medium, having a wall cross section of less than 6 single-crystal blocks, and installed at opposite ends flasks are electrode assemblies, wherein the outer and inner surfaces of the flask, at least in part of the length corresponding to the interelectrode gap, are ground to a depth of 0.20 - 0.25 mm, and are made with constant radii with a profile deviation R _a of not more than 0.012 μm.

Предложенная полезная модель обладает повышенной спектральной плотностью энергетической экспозиции Е УФ-излучения в начале срока службы, что способствует повышению долговечности ГР лампы, за счет использования менее 6 монокристаллических блоков, что позволяет выдерживать повышенные электрические нагрузки, и шлифовки поверхностей колбы до обозначенных значений, что в свою очередь обеспечивает прозрачность колбы со среднеарифметическим значением коэффициента пропускания УФ-излучения в спектральном диапазоне 200-300 нм не менее 75%.The proposed utility model has an increased spectral density of energy exposure E of UV radiation at the beginning of its service life, which helps to increase the durability of the GR lamp, due to the use of less than 6 single-crystal blocks, which makes it possible to withstand increased electrical loads, and polishing the bulb surfaces to the indicated values, which in in turn, ensures the transparency of the flask with the arithmetic mean value of the transmittance of UV radiation in the spectral range of 200-300 nm is not less than 75%.

Полезная модель поясняется с помощью фиг.1, на которой схематически изображен вариант исполнения предложенного ГР источника УФ-излучения.The utility model is illustrated with the help of figure 1, which schematically depicts a variant of the UV radiation source proposed by GR.

ГР импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения способен работать в спектральном диапазоне 200-300 нм за счет обеспечения разрядным контуром поступления большой энергии в плазму вплоть до 300 Дж за короткий промежуток времени до 150 мкс и содержит выполненную из бесцветного сапфира трубчатую колбу 1, как правило, выполняемую прямой, но не исключаются и криволинейные формы. На противоположных концах колбы 1 герметично установлены электродные узлы 2 и 3. Колба 1 заполнена плазмообразующей средой 4 в виде инертного газа ксенона или смеси инертных газов с содержанием ксенона не менее 70%.The GR pulsed source of high-intensity UV radiation is capable of operating in the spectral range of 200-300 nm due to the discharge circuit providing a high energy supply to the plasma up to 300 J for a short period of time up to 150 μs and contains a tubular flask 1 made of colorless sapphire, as a rule, performed by a straight line, but curvilinear forms are not excluded. Electrode assemblies 2 and 3 are sealed at opposite ends of the bulb 1. The bulb 1 is filled with a plasma-forming medium 4 in the form of an inert xenon gas or a mixture of inert gases with a xenon content of at least 70%.

Колба 1 представляет собой изготовленную по методу А.В. Степанова трубку из сапфира, внешняя А и внутренняя Б поверхности которой по меньшей мере на длине L, соответствующей межэлектродному промежутку, выполнены постоянных радиусов r ₁ и r ₂ путем шлифовки и/или полировки на глубину 0,20-0,25 мм до достижения значения отклонения профиля R _a не более 0,012 мкм, что устраняет дефектный слой, приводящий к снижению прозрачности колбы за счет поглощения, отражения и рассеяния излучения, и совместно с проверкой сапфира на оптическую прозрачность обеспечивает в спектральном диапазоне 200-300 нм среднеарифметическое значение коэффициента пропускания излучения колбы 1 не менее 75%. А за счет высокого значения коэффициента пропускания обеспечивается высокое начальное значение спектральной плотности энергетической экспозиции Е УФ-излучения и, соответственно, повышенная долговечность изделия.Flask 1 is made according to the method of A.V. Stepanova sapphire tube, outerBUT and internalB surface of which, at least along the lengthL, corresponding to the interelectrode gap, are made of constant radiir _one andr ₂ through grinding and / or polishing to a depth of 0.20-0.25 mm until the profile deviation value is reachedR _a not more than 0.012 μm, which eliminates the defective layer, which leads to a decrease in the transparency of the bulb due to absorption, reflection and scattering of radiation, and together with the test of sapphire for optical transparency, provides in the spectral range of 200-300 nm the arithmetic mean value of the transmittance of the bulb radiation 1 is not less than 75 %. And due to the high value of the transmittance, a high initial value of the spectral density of the energy exposure is providedE UV radiation and, accordingly, increased durability of the product.

Постоянство радиусов r ₁ и r ₂ может быть достигнуто не только на длине L, соответствующей межэлектродному промежутку, но и, например, на всей длине колбы 1, однако это не является необходимым для достижения заявленного технического результата или работоспособности изделия в принципе.The constancy of the radii r ₁ and r ₂ can be achieved not only over the length L corresponding to the interelectrode gap, but also, for example, over the entire length of the bulb 1, however, this is not necessary to achieve the claimed technical result or product performance in principle.

Также колба 1 из сапфира имеет в поперечном сечении стенки менее 6 монокристаллических блоков, это позволяет выдерживать повышенные электрические нагрузки, что в свою очередь способствует повышению долговечности лампы.Also, the bulb 1 made of sapphire has less than 6 single-crystal blocks in the cross section of the wall, which allows it to withstand increased electrical loads, which in turn helps to increase the durability of the lamp.

Так, согласно исследованию зависимости удельной электрической нагрузки р _{уд .} от количества блоков n, с ростом количества блоков снижается предельное значение удельной электрической нагрузки р _{уд .}, до постоянного значения р _{уд .} = 170 Вт/см², начиная с n=6. Таким образом, выполнение сапфировой колбы 1 с менее, чем шестью монокристаллическими блоками в поперечном сечении стенки, способствует выдерживанию повышенных электрических нагрузок, при которых р _{уд .} > 170 Вт/см².So, according to the study of the dependence of the specific electrical load p _{ud .} from the number of blocks n , with an increase in the number of blocks, the limit value of the specific electrical load r _ud decreases _. , to a constant value of r _{ud .} \u003d 170 W / cm ² , starting with n \u003d 6. Thus, the implementation of the sapphire bulb 1 with less than six single-crystal blocks in the cross section of the wall helps to withstand increased electrical _loads , in which ore _. > 170 W/cm2 ^.

Отдельно стоит отметить, что удельная электрическая нагрузка р _{уд .} на единицу внутренней поверхности колбы определяется по формуле:Separately, it should be noted that the specific electrical load p _{ud .} per unit of the inner surface of the flask is determined by the formula:

где d, L - внутренний диаметр и часть длины колбы, соответствующей межэлектродному промежутку разрядной камеры ГР источника, а Р _эл. - электрическая мощность лампы. Подставив в формулу (1) значения предельной р _{уд .} = 170 Вт/см² и числа π, можно охарактеризовать требование к количеству блоков следующим неравенством, отражающим связь внутреннего диаметра d и части длины L колбы с Р _эл. :whered, Lis the inner diameter and part of the length of the flask corresponding to the interelectrode gap of the discharge chamber GR of the source, andR _email - electric power of the lamp. Substituting into formula (1) the values of the limitR _{oud .}= 170 W/cm²and the number π, we can characterize the requirement for the number of blocks by the following inequality, reflecting the relationship of the inner diameterd and parts of lengthL flasks withR _email :

Р _эл < 534 (d·L) (2) R _email < 534 (d L) (2)

Работает предложенный ГР импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения следующим образом.The proposed GR pulse source of high-intensity UV radiation works as follows.

Источником УФ-излучения является ксеноновая плазма, которая формируется в сапфировой колбе 1 путем приложения высоковольтного напряжения к электродам 2 и 3, герметично соединенными с колбой. В результате воздействия излучения и теплопередачи плазмы внутренняя поверхность колбы 1 разогревается до температур Т _к = 1000-1400°С, а температура наружной поверхности достигает 400-600°С.The source of UV radiation is xenon plasma, which is formed in the sapphire bulb 1 by applying high voltage to the electrodes 2 and 3, hermetically connected to the bulb. As a result of exposure to radiation and heat transfer of the plasma, the inner surface of the flask 1 is heated to temperatures T _k = 1000-1400°C, and the temperature of the outer surface reaches 400-600°C.

Наличие градиента температуры по толщине стенки колбы 1 усиливает сдвиговые деформации в сапфире по границам блоков, которые в свою очередь, являются источником термоупругих напряжений из-за сдвига кристаллической решетки. В итоге при работе лампы и повышении температуры колбы 1 указанные напряжения суммируются. Учитывая тот факт, что температуры плазмы и, соответственно, внутренней поверхности колбы 1 (Т _к ) определяются удельной электрической нагрузкой (р _{уд .}), то при достижении значения р _{уд .} = 170 Вт/см² и более, под воздействием температуры плазмы в толщине стенки сапфировой колбы 1, имеющей менее 6 блоков, суммарная величина термоупругих напряжений не превышает предел прочности колбы и она не разрушается, что произошло бы при выполнении сапфировой колбы с 6 и более блоками.The presence of a temperature gradient across the wall thickness of the flask 1 enhances shear deformations in sapphire along the block boundaries, which, in turn, are a source of thermoelastic stresses due to a shift in the crystal lattice. As a result, when the lamp is operating and the temperature of the bulb 1 rises, the indicated voltages are summed up. Taking into account the fact that the temperatures of the plasma and, accordingly, the temperatures of the inner surface of the flask 1 (T _to ) are determined by the specific electrical load (R _{oud .}), then upon reaching the valueR _{oud .}= 170 W/cm² and more, under the influence of the plasma temperature in the wall thickness of the sapphire bulb 1, which has less than 6 blocks, the total value of thermoelastic stresses does not exceed the ultimate strength of the bulb and it does not collapse, which would happen if a sapphire bulb with 6 or more blocks was made.

За счет того, что шлифованием внутренней Б и внешней А поверхностей колбы 1 на глубину 0,20-0,25 мм устранены различные поверхностные дефекты (пузыри, включения и т.д.), а полированием до отклонения профиля поверхностей колбы R _a не более 0,012 мкм устранены образовавшиеся после шлифовки микротрещины, выходящее из плазмы излучение не поглощается, не отражается и не рассеивается на различных поверхностных дефектах поверхностях колбы 1, которая имеет коэффициент пропускания выше 75% в спектральном диапазоне 200-300 нм.Due to the fact that by grinding the inner B and outer A surfaces of the flask 1 to a depth of 0.20-0.25 mm, various surface defects (bubbles, inclusions, etc.) were eliminated, and by polishing to a deviation of the profile of the flask surfaces R _a no more 0.012 µm, the microcracks formed after grinding are eliminated, the radiation coming out of the plasma is not absorbed, reflected or scattered on various surface defects on the surfaces of the bulb 1, which has a transmittance above 75% in the spectral range of 200-300 nm.

Ниже приведены примеры достижения технического результата при использовании полезной модели.Below are examples of achieving a technical result when using a utility model.

Пример 1. Были изготовлены импульсные ГР лампы с внутренним диаметром разрядного объема 2r ₁ 0,5 см, межэлектродным расстоянием L - 12 см и давлением ксенона в холодном состоянии - 300 мм рт.ст. Для колб выбирались сапфировые трубы с различным количеством блоков. Контроль количества блоков осуществлялся по кольцевому образцу-свидетелю, который отрезался от концевой части колбы. Торцы кольца обрабатывались на шлифовально-полировальном станке, контроль количества блоков производился по известной методике посредством стереоскопического поляризационного микроскопа. Example 1. Pulsed GR lamps were manufactured with an internal diameter of the discharge volume 2r ₁ 0.5 cm, an interelectrode distance L of 12 cm, and a cold xenon pressure of 300 mm Hg. Sapphire tubes with different numbers of blocks were chosen for the flasks. The control of the number of blocks was carried out according to the annular witness sample, which was cut off from the end part of the flask. The ends of the ring were processed on a grinding and polishing machine, the control of the number of blocks was carried out according to a well-known method using a stereoscopic polarizing microscope.

Для повышения точности полученных результатов были изготовлены по три лампы с одинаковым количеством блоков в стенке колбы. После испытаний каждой партии ламп результаты измерений удельной электрической нагрузки усреднялись. При испытаниях лампы устанавливались горизонтально. После включения лампы устанавливали начальный ток I _л =6А. Лампы прогревались в течение 5 минут, затем ток увеличивался до 17А. Затем через каждые 5 минут ток увеличивали на 1А вплоть до разрушения лампы. При каждом значении тока фиксировалась величина напряжения на лампе и рассчитывалась ее электрическая мощность. Полученные результаты представлены в таблице 1.To improve the accuracy of the results obtained, three lamps were made with the same number of blocks in the bulb wall. After testing each batch of lamps, the results of measurements of the specific electrical load were averaged. During testing, the lamps were installed horizontally. After turning on the lamp, the initial current I _l =6A was set. The lamps warmed up for 5 minutes, then the current increased to 17A. Then, every 5 minutes, the current was increased by 1A until the lamp was destroyed. At each current value, the voltage on the lamp was recorded and its electric power was calculated. The results obtained are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 Количество блоков, шт.Number of blocks, pcs. 1one 22 33 4four 55 66 77 8eight р _{уд .,} Вт/см² r _{beat .,} W / cm ² 390390 312312 296296 261261 230230 170170 165165 159159 Время работы лампы до разрушения, часLamp operating time before destruction, hour 5·10³ 5 10 ³ 3·10³ 3 10 ³ 2,2 10³ 2.2 10 ³ 1,5·10³ 1.5 10 ³ 10³ 10 ³ 1,8·10² 1.8 10 ² 1,5·10² 1.5 10 ² 10² 10 ²

Как видно из таблицы 1, начиная с 6 блоков значение р _{уд .} становится практически постоянным, что свидетельствует о предельной величине термоупругих напряжений на границах монокристаллических блоков.As can be seen from Table 1, starting from 6 blocks, the value of r _{ud .} becomes practically constant, which indicates the limiting value of thermoelastic stresses at the boundaries of single-crystal blocks.

Пример 2. Из центральной бездефектной части, выращенной по методу А.В. Степанова сапфировой трубы были изготовлены две импульсные лампы с внутренним диаметром разрядного объема 2r ₁ 0,5 см, межэлектродным расстоянием L - 12 см и давлением ксенона в холодном состоянии - 300 мм рт.ст. В лампе №1 в качестве колбы применялась выращенная из расплава сапфировая труба без механической обработки, в лампе №2 внешняя и внутренняя поверхности колбы в зоне разрядного промежутка после шлифовки и полировки свободным абразивом имели шероховатость с отклонением профиля R _a = 0,012±0,0005 мкм. Изготовленные лампы работали в разрядном контуре, обеспечивающем энергию импульса разряда 60 Дж, а частота следования импульсов разряда - 3 Гц. В качестве критерия при сопоставлении параметров ламп использовалась средняя спектральная плотность энергетической экспозиции Е в спектральном диапазоне от (205±5) до (290±5) нм. Example 2. From the central defect-free part grown according to the method of A.V. Stepanov sapphire tube were made two flash lamps with an internal diameter of the discharge volume 2r ₁ 0.5 cm, interelectrode distance L - 12 cm and xenon pressure in the cold state - 300 mm Hg. In lamp No. 1, a sapphire tube grown from a melt without mechanical processing was used as a bulb; in lamp No. 2, the outer and inner surfaces of the bulb in the zone of the discharge gap after grinding and polishing with a free abrasive had a roughness with a profile deviation R _a = 0.012 ± 0.0005 μm . The manufactured lamps operated in a discharge circuit providing a discharge pulse energy of 60 J, and a discharge pulse repetition rate of 3 Hz. As a criterion for comparing lamp parameters, the average spectral density of energy exposure E in the spectral range from (205±5) to (290±5) nm was used.

В результате испытаний получены следующие результаты: для лампы №1 средняя спектральная плотность энергетической экспозиции составила Е = 0,68 Дж/м²·нм, а для лампы №2 Е = 0,8 Дж/м²·нм. Таким образом, превышение Е у заявляемой конструкции с использованием колбы, у которой наружная и внутренняя боковые поверхности выполнены с постоянными радиусами с отклонением профиля R _a не более 0,012 мкм составляет 15% по сравнению с колбой без шлифования и полирования.As a result of the tests, the following results were obtained: for lamp No. 1, the average spectral density of energy exposure was E = 0.68 J/m ² ·nm, and for lamp No. 2, E = 0.8 J/m ² ·nm. Thus, the excess of E for the proposed design using a bulb, in which the outer and inner side surfaces are made with constant radii with a profile deviation R _a of not more than 0.012 μm, is 15% compared to a bulb without grinding and polishing.

Проведенные испытания показали, что в начале наработки ГР лампы с колбой, изготовленной из полированного сапфира с коэффициентом пропускания выше 75%, средняя спектральная плотность энергетической экспозиции Е в спектральном диапазоне 200-300 нм на 15% выше, чем у ГР лампы без обработки поверхностей А и Б. Таким образом технический результат, достигаемый при использовании заявляемого ГР источника УФ-излучения, заключается в увеличении наработки (увеличение срока службы при повышении величины пиковой силы УФ-излучения), что крайне важно при аппаратурном использовании такого источника в составе УО.The tests performed showed that at the beginning of the operation of a GR lamp with a bulb made of polished sapphire with a transmittance above 75%, the average spectral density of energy exposure E in the spectral range of 200-300 nm is 15% higher than that of a GR lamp without surface treatment A and B. Thus, the technical result achieved when using the claimed GR source of UV radiation is to increase the operating time (increase in service life with an increase in the magnitude of the peak strength of UV radiation), which is extremely important when using such a source as part of the UO.

ГР импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения в соответствии с заявляемым решением разработан для серийного производства с использованием типовых технологий.GR pulse source of high-intensity UV radiation in accordance with the proposed solution is designed for mass production using standard technologies.

Claims (1)

Газоразрядный импульсный источник высокоинтенсивного УФ-излучения, выполненный с возможностью работы в спектральном диапазоне 200 - 300 нм и содержащий заполненную плазмообразующей средой на основе ксенона трубчатую колбу из сапфира, имеющего в поперечном сечении стенки менее 6 монокристаллических блоков, и установленные на противоположных концах колбы электродные узлы, причем наружная и внутренняя поверхности колбы по крайней мере на части длины, соответствующей межэлектродному промежутку, отшлифованы на глубину 0,20 - 0,25 мм и выполнены с постоянными радиусами при отклонении профиля не более 0,012 мкм.Gas-discharge pulsed source of high-intensity UV radiation, designed to operate in the spectral range of 200 - 300 nm and containing a tubular sapphire bulb filled with a xenon-based plasma-forming medium, having less than 6 single-crystal blocks in the cross section of the wall, and electrode assemblies installed at opposite ends of the bulb , and the outer and inner surfaces of the flask, at least in part of the length corresponding to the interelectrode gap, are ground to a depth of 0.20 - 0.25 mm and are made with constant radii with a profile deviation of not more than 0.012 μm.

Images