Узкополосные источники спонтанного ультрафиолетового излучения на основе барьерного разряда : исследование, создание и применение

• Автор: Авдеев, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Глава 1. Обзор работ, посвященных исследованию УФ и ВУФ источников спонтанного излучения на основе барьерного разряда

1.1. Феномен барьерного разряда

1.2. Оптические среды, возбуждаемые барьерным разрядом

1.2.1. Эксимеры инертных газов

1.2.2. Эксиплексные молекулы

1.3. Спекгры излучения дигалогенов и галогенидов ртути, полученные

в барьерном разряде

1.4. Параметры и конструкции ламп барьерного разряда

1.5. Предпосылки получения люминесценции дигалогенов в барьерном

разряде

1.5.1. Димер 12*

1.5.2. Димер Вг2*
1.5.3. Димер С12*
1.6. Люминесценция молекулы *ОН(21+)
Выводы по главе
Глава 2. Экспериментальная техника
2.1. Конструкции ламп барьерного разряда
2.2. Источники питания ламп барьерного разряда
2.3. Методики и аппаратура экспериментальных исследований
2.4.Условия, влияющие на результаты измерений
Глава 3. Оптические и энергетические характеристики Б'—>А' переходов димеров галогенов 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) в барьерном разряде
3.1.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-12, Кг
3.1.1.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг
3.1.2.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Кг
3.1.3 Результаты численного моделирования процессов в Кг-12 плазме барьерного
разряда и их обсуждение
3.2. С12-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-С12
3.3. Вг2-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-Вг2
Выводы по главе

Глава 4. Ультрафиолетовая лампа барьерного разряда на молекулах "ОН(2Е+)
4.1. Условия получения люминесценции гидроксила "ОН* в барьерном
разряде
4.2. Ресурсные характеристики "ОН-лампы
Выводы по главе
Глава 5. Инактивирующее действие излучения КгВг- и ХеВг-эксиламп
барьерного разряда на микроорганизмы
5.1. Основные понятия фотобиологических процессов
5.2. Значение фотоинактивации ДНК в фотобиологическом процессе биосистем. Основные фотофизические и фотохимические механизмы, приводящие к инактивации ДНК
5.3. Бактерицидные источники УФ-излучения
5.3.1. Ртутные лампы низкого и среднего давления - традиционные источники бактерицидного излучения
5.3.2. Опыт применения эксиламп для инактивации микроорганизмов
5.4. Роль УФ-излучения в методах стерилизации «холодной» плазмой
5.5. Сравнение бактерицидного действия КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда и плазмы атмосферного давления на микроорганизмы
5.5.1. Воздействие УФ-излучения и различных компонент плазмы атмосферного давления в процессе инактивации микроорганизмов
5.5.2. Сравнение бактерицидной эффективности излучения КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда
Выводы по главе
Глава 6. ХеСГэксилампа с пониженным уровнем озонирования
6.1. Традиционные способы снижения озонирования ламп
6.2. Образование озона на границе кварц/воздух
6.3. Применение пленок гафнона для снижения уровня озонирования источников УФ-излучения на примере ХеС1-эксилампы
Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Интерес к изучению источников спонтанного излучения на эксимерных и эксиплексных молекулах (эксиламп) [1-6], становление которых как самостоятельного класса излучающих систем началось сравнительно недавно, возник около 30-ти лет назад после активного изучения эксиплексных лазеров и кинетических процессов, происходящих в их активных средах.
К настоящему времени исследования эксиламп вышли на высокий научно-технический уровень. Эксилампы обеспечивают узкополосное излучение в вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ, 100-200 нм) и ультрафиолетовом (УФ-С, 200-280 нм; УФ-Б, 280-320 нм) областях спектра. В научных и прикладных целях начинают активно использоваться эксилампы на эксимерных Хе2*(172 нм) и эксиплексных КгС1*(222 нм), ХеВг*(282 нм), ХеС1*(308 нм) молекулах. Новые источники оптического излучения начинают рассматриваться как возможная альтернатива традиционным источникам ультрафиолетового излучения: ртутным лампам среднего и высокого давления, а также ксеноновым и криптоновым лампам дугового разряда, выпускаемым серийно. Наибольшее распространение для возбуждения эксимерных и эксиплексных оптических сред эксиламп сегодня получала техника барьерного разряда.
Эксилампы хотя и уступают перечисленным источникам по величинам средней мощности, имеют преимущества: их спектр, как правило, сосредоточен в одной сравнительно узкой и интенсивной полосе излучения с полушириной полосы от 2 до 15 нм для эксиплексных и до ~ 30 нм для эксимерных молекул. Поэтому с их помощью можно селективно управлять различными фотопроцессами, замещая в ряде случаев технически сложные лазерные системы или традиционные широкополосные лампы. Стоит отметить также высокие сроки службы оптической среды и, соответственно, стабильность во времени спектрально-энергетических характеристик; возможность варьирования в широких пределах энергии возбуждения и давления рабочих смесей; разнообразие конструкций, возможность их масштабирования и простоту эксплуатации.
Стоит подчеркнуть, что барьерный разряд может быть использован для получения узкополосного излучения не только эксимерных и эксиплексных сред. Поэтому, несмотря на широкий круг исследований эксиламп, здесь, как и в лазерной физике, актуальны поиск новых оптических сред и условий достижения их максимальных энергетических характеристик.

энергии и дефокусировался. Дефокусированный пучок ионов кислорода попадал в ячейку с молекулярным водородом, давление Н2 составляло 0,5 мТорр. При энергиях пучка 0+ равных 20-35 и 10-15 эВ спектр люминесценции представлен полосами ("ОП+)*(340-370 нм) и 'ОН*(275-320 нм), соответственно. Уменьшая энергию ионного пучка до 2-5 эВ получали примерно одинаковое соотношение полос люминесценции А—»X (’ОН+)* и 'ОН*.
В [81] смесь аргона с парами воды возбуждалась пучком электронов с энергией 15 кэВ, Давление аргона менялось от 2,47 до 5,43 атм. Давление паров воды в смесях составляло около 0,02 % от давления аргона. В диапазоне 120-450 нм спектр излучения представлен переходом A(2L+,u' = 0)-+Х(2П,и" = 0) с максимумом в области 310 нм и слабой полосой A(2L+,n' = 1)—>Х(2П,ц" = 0) с максимумом на 282 нм (рис. 1.31). Излучение возбужденных атомов и димеров аргона в спектре отсутствует из-за тушения молекулами воды. Наибольшая интенсивность А(2£+,ц' = 0)—>Х(2П,г)" = 0) перехода молекулы ‘ОН* была получена в смеси Аг/Ы20=1,875 х 103/0,04 Topp с эффективностью излучения 3%.
Wavclength, nm
Рис. 1.31. Спектр излучения А—>Х перехода в смеси аргона с парами воды [81].
Работа [83] вызывает особый интерес, так как, возможно, это одно из первых упоминаний в литературе об использовании емкостного разряда для получения люминесценции ‘ОН. Разряд зажигался как в парах воды, так и в смесях буферный газ/пары воды.
Для данного типа разряда, так же как и для тлеющего, характерны низкие рабочие давления (порядка нескольких Topp) и, в связи с этим, широкие