ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА

Заявляемое техническое решение относится к источникам света, точнее, к газоразрядным лампам, прежде всего импульсным и импульсно-периодическим газоразрядным лампам ультрафиолетового диапазона спектра высокой интенсивности и представляет интерес для фотохимии, микроэлектроники, экологических приложений.
Источники ультрафиолетового излучения широко используются в задачах фотохимии, спектроскопии и экологических приложениях, прежде всего в устройствах бактерицидной обработки (стерилизации) воды и воздуха. Для решения последней задачи предпочтительно излучение в диапазоне 220÷290 (200÷300) нм, соответствующем максимальной эффективности инактивации бактерий, спор и вирусов.
Основные газоразрядные источники излучения, используемые в этом спектральном диапазоне - это ртутные лампы низкого давления (РЛНД), импульсно-периодические (прежде всего) и непрерывные лампы на инертных газах, чаще всего на ксеноне, а также эксимерные лампы.
РЛНД представляет собой размещенную в замкнутой колбе из прозрачного для длины волны 254 нм материала, чаще всего кварцевого стекла, смесь паров ртути при характерном давлении 5÷7 мТорр с инертным газом или смесью инертных газов, как правило Ar/Ne, общим давлением 1÷3 Торр. Излучение РЛНД обычно генерируется в непрерывном режиме, газовая смесь возбуждается продольным электрическим разрядом с расположенными внутри колбы электродами, в современных лампах применяется квазисинусоидальная накачка на частоте 30÷50 кГц. Использование высоких частот по сравнению с промышленной 50÷60 Гц позволило повысить КПД источников питания и эффективность разряда - технический (отношение световой мощности к мощности, потребляемой источником питания) КПД современных амальгамных РЛНД достигает 35% и более при характерной погонной мощности излучения 0,5÷1,5 Вт/см, мощность отдельной лампы составляет 50÷200 Вт при ресурсе работы до 15÷20 тыс. часов ([1]: Василяк Л.М. «Применение импульсных электроразрядных ламп для бактерицидной обработки». Электронная обработка материалов, 2009, №1, с. 30-40).
В применяемых для задач стерилизации и фотохимии трубчатых лампах чаще всего используется ксенон при давлении несколько сот Торр, излучение при импульсном продольном разряде с расположенными внутри колбы электродами генерируется в импульсно-периодическом режиме с частотой в диапазоне ~ 0,5÷5 Гц при длительности отдельного импульса ~ 50÷200 мкс. Источником излучения здесь является плазма (рекомбинирующая плазма), создаваемая за счет нагрева газа до высокой температуры, то есть спектр излучения лампы является непрерывным и в УФ и видимом диапазонах близок с спектру «квазичерного» тела соответствующей температуры. Импульсная мощность излучения в бактерицидном диапазоне может изменяться в широких пределах в зависимости от, прежде всего, габаритов лампы и условий ее возбуждения от ~ 100 кВт до ~ 3÷5 МВт, КПД преобразования энергии в бактерицидное излучение достигает 10-13%, а ресурс обычно составляет до ~5 млн. импульсов ([1], [2]: сайт компании «НИИ Мелитта» http://www.melitta-uv.ru/technology/work/). Указанное количество импульсов при частоте 3 Гц соответствует времени работы лампы ~500 часов, то есть ресурс таких ламп не слишком велик. Ресурс может быть увеличен за счет уменьшения энергии отдельного импульса, но при этом существенно снижается эффективность генерации излучения бактерицидного диапазона. Заметим, что в аналогичных импульсно-периодических лампах могут использоваться и более легкие инертные газы, прежде всего криптон.
Эксимерные лампы представляют собой расположенную в колбе из прозрачного для генерируемого излучения материала (кварцевого стекла) возбуждаемую электрическим разрядом смесь молекулы галогена или галогенсодержащей молекулы с буферным инертным газом или смесью инертных газов. Состав и давление газовой смеси изменяется в широких пределах в зависимости, в том числе, от типа разряда ([3]: Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э.А. и др. «Эксилампы эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения». УФН, 2003, т. 173, №2, с. 201-217).
В зависимости от типа разряда электроды могут располагаться как внутри колбы (при продольном тлеющем разряде), так и вне колбы, например при емкостном варианте разряда.
Эффективность современных эксимерных ламп составляет 5÷15% в зависимости от режима возбуждения и излучающей молекулы при ресурсе от нескольких сот до ~ 1.000 часов, если состав активной среды не включает фторсодержащие молекулы. Средняя мощность излучения эксимерных ламп может превышать 1 кВт при КПД свыше 10%, при этом из-за отсутствия собственного поглощения принципиально может быть реализована большая мощность излучения за счет увеличения объема лампы.
3
1
1
1
1
0
1
0
Описанные выше источники света существенно различаются по своему спектральному составу: в основном для приложений безозоновом варианте РЛНД излучает практически монохроматическое излучение на длине волны около 253,7 нм, соответствующей резонансному переходу атома ртути 6P-6S. Эта длина волны близка к максимуму бактерицидной чувствительности ДНК, однако для ряда микроорганизмов и вирусов потребная для стерилизации на уровне 99,9% доза облучения на длине волны ~254 нм высока и, таким образом, для стерилизации требуется значительное время, особенно с учетом умеренной мощности излучения РЛНД. Кроме того, фиксированная длина волны излучения РЛНД не позволяет использовать этот источник света в процессах, где длина волны 253,7 нм (или длина волны 184,9 нм второго резонансного перехода 6P-6S) не обеспечивает эффективное протекание соответствующих фотохимических реакций.
2
2
2
Эксимерные лампы генерируют излучение в полосах В-Х и С-А (прежде всего В-Х) молекулярных переходов галогенидов инертных газов шириной 5÷10 нм, например XeCl* (максимум В-Х полосы около 308 нм), XeBr* (~282 нм), XeI* (~253 нм), KrF* (~248 нм), ArF* (~193 нм) и т.д., а также на переходах гомоядерных молекул галогенов, прежде всего это полоса ~259 нм молекулы Cl* и полоса ~342 нм молекулы I* ([3]). Селективность излучения эксимерных ламп позволяет использовать их в фотохимии с большей эффективностью, а богатство спектра их излучения позволяет в большинстве случаев подобрать необходимый вариант, а также получить требуемый спектр с несколькими лампами и/или с газовыми смесями более сложного состава ([4]: Шуаибов А.К., Шимон Л.Л., Дащенко А.И., Шевера И.В. «Многоволновой электроразрядный излучатель на системе полос λ=308 nm XeCl (В-Х) / 258 nm Cl (D'-A')/236 nm XeCl (D-X) / 222 nm KrCl (B-X) / 175 nm ArCl (B-X) / 160 nm H2 (B-X)». Письма в ЖТФ, 2001, т. 71, вып. 2, с. 77-81) вплоть до непрерывного спектра с максимумами на длинах волн соответствующих полос эксимерных молекул ([5]: Шуаибов А.К., Грабовая И.А. «Электроразрядная лампа на парах брома и йода с непрерывным ультрафиолетовым спектром излучения». Письма в ЖТФ, 2005, т. 31, вып. 20, с. 82-87). Однако использование газовых смесей сложного состава обычно приводит к значительному снижению КПД такого источника света в бактерицидном диапазоне, применение набора эксимерных ламп различного состава далеко не всегда удобно, а умеренный ресурс эксимерных ламп, обусловленный деградацией электродов и стенок колбы, существенно снижает их практическую применимость. Кроме того, в эксимерных лампах происходит деградация не только стенок колбы, но и рабочей смеси вследствие протекания химических реакций атомов и молекул галогена с материалом колбы лампы, в подавляющем большинстве случаев кварцевой [3].
Импульсно-периодическая ксеноновая лампа излучает свет непрерывного спектра от ~200 нм (коротковолновая граница определяется границей пропускания колбы лампы и максимальной температурой плазмы во время импульса электрического разряда) до инфракрасной области, что может быть существенным преимуществом таких источников света, при этом в бактерицидном диапазоне потенциально может излучаться до ~25% всей излучаемой энергии. Кроме того, имеется информация о том, что излучение широкого спектрального диапазона имеет большую интегральную бактерицидную эффективность, воздействуя не только на ДНК/РНК микроорганизмов, но и на другие структуры - белки, оболочку клеток и вирусов и т.д. ([6]: Шестопалов Н.В., Акимкин В.Г., Федорова Л.С. и др. «Исследование бактерицидной эффективности обеззараживания воздуха и открытых поверхностей импульсным ультрафиолетовым излучением сплошного спектра»).
С этой точки зрения значительный интерес представляет собой возможность увеличения ресурса работы импульсно-периодических трубчатых ксеноновых ламп и увеличение доли бактерицидного диапазона в генерируемом этими лампами излучении. Эти характеристики оказываются взаимосвязанными, поскольку для увеличения доли бактерицидного излучения необходимо увеличивать температуру плазмы разряда T (предпочтительно до 13÷15 кК), но при этом резко ускоряется деградация стенок кварцевой колбы, на которой появляются непрозрачные продукты испарения ее поверхности вследствие воздействия ударных волн, генерируемых при импульсном разряде, высокой температуры и коротковолнового излучения плазмы, которое быстро возрастает с ростом T. В результате резко снижается пропускание колбы в бактерицидной области спектра и, соответственно, эффективность лампы - на 30% за время ~150 часов ([7]: Гавриш С.В., Кобзарь А.И., Кугушев Д.Н. и др. «Газоразрядный импульсный источник высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения»: патент на полезную модель RU 103668), что недостаточно. По этой причине режим работы известных ламп выбирается таким, чтобы температура плазмы была значительно меньше принципиально достижимой и составляла ~9 кК, при этом автоматически значительно (до двух раз и более) снижается и бактерицидная эффективность такой лампы.
Таким образом, применяемое в подавляющем большинстве трубчатых импульсных (ксеноновых) ламп кварцевое стекло в качестве материала колбы наряду с таким важнейшими достоинствами, как малое поглощение в УФ-диапазоне, умеренная цена и возможность изготавливать колбы больших размеров (диаметра и длины), имеет существенный недостаток, состоящий в ограничении ресурса и эффективности импульсных газоразрядных ламп, генерирующих интенсивное коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение.
2
3
2
2
В связи с этим в полезной модели [7], принятой за прототип, предложена импульсная газоразрядная лампа - источник высокоинтенсивного ультрафиолетового излучения, в которой возбуждаемая импульсным электрическим разрядом газовая смесь помещена в колбу, выполненную из монокристалла оксида алюминия AlO (бесцветного лейкосапфира). Оксид алюминия по сравнению с кварцевым стеклом имеет более высокую температуру испарения (~2980°С и ~2230°С) и, что особенно важно, многократно большую температуропроводность (~0,13 см/с и ~0,01 см/с при комнатной температуре) - это резко (в ~3,5 раза) снижает скорость нагрева и, следовательно, итоговую температуру внутренней поверхности колбы из оксида алюминия по сравнению со скоростью нагрева и конечной температурой внутренней поверхности колбы из кварцевого стекла при одной и той же тепловой нагрузке. Кроме того, оксид алюминия химически более инертен и, как результат, ресурс работы импульсной ксеноновой лампы значительно увеличивается при использовании предложенного в [7] технического решения.
Однако известное техническое решение имеет существенный недостаток: колба из монокристаллического оксида алюминия сложна в производстве, имеет очень высокую цену и обычно небольшой размер, что существенно ограничивает возможности широкого практического применения известного технического решения. Кроме того, применение известного технического решения не позволяет реализовать максимально возможную эффективность преобразования вложенной в плазму энергии в коротковолновое (ультрафиолетовое) излучение.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности излучения импульсных газоразрядных ламп в УФ-диапазоне спектра, в том числе в бактерицидном диапазоне спектра, увеличение ресурса работы таких ламп.
Технический результат достигается тем, что в газоразрядной лампе ультрафиолетового диапазона спектра, включающей возбуждаемую импульсным электрическим разрядом плазмообразующую газовую смесь, размещенную в замкнутой колбе, непосредственно контактирующий с газовой смесью слой колбы выполнен из поликристаллического оксида алюминия (поликристаллического лейкосапфира).
Как известно, колбы известных эксимерных, ксеноновых и ртутных ламп изготавливаются из прозрачного на соответствующей длине волны (в соответствующем диапазоне длин волн) материала с высокой прозрачностью. Однако автор заявляемого технического решения обратил внимание на то, что в случае, когда среда лампы прозрачна для собственного излучения, в качестве материала колбы возможно использовать не прозрачный материал (то есть материал, «сквозь который можно смотреть»), а не поглощающий излучение материал. То есть, например, возможно использование «мутного» материала, который сильно рассеивает падающее на него излучение - прежде всего «назад» (в газовую/плазменную среду лампы), но не поглощает его. В этом случае излучение выйдет из колбы не «сразу», как в прототипе, а испытает несколько переотражений-перерассеяний в/от стенок колбы, интенсивность излучения внутри колбы станет в соответствующее число раз больше, но при отсутствии поглощения в конечном итоге все излучение из лампы выйдет практически без потери в эффективности. Точнее, переотражения (перерассеяния) приведут к потере некоторой части излучения, которая в результате попадет на поглощающие УФ-свет электроды лампы. Эта доля будет малой в типичной ситуации достаточно длинных трубок, когда L/d>>1, здесь L - длина трубки, d - ее внутренний диаметр, поскольку апертура электродов не больше d.
Рассмотрим эту ключевую идею заявляемого технического решения на простой модели. Пусть газоразрядная лампа ультрафиолетового диапазона представляет собой длинную (бесконечно длинную, чтобы не рассматривать торцы) цилиндрическую колбу с внутренним диаметром d, внутри колбы находится возбуждаемая электрическим разрядом газовая смесь, которая совершенно не поглощает генерируемое излучение (в дальнейшем мы уточним это условие). Пусть погонная мощность излучения, генерируемого лампой в разряде, равна W, эффективный коэффициент отражения излучения от стенок трубки равен R, а обусловленные поглощением в стенках колбы потери излучения равны α. Тогда из закона сохранения энергии и соображений симметрии интенсивность падающего на внутреннюю поверхность колбы излучения I определяется из очевидного равенства W=πd(1-R)I, откуда I=W/[πd(1-R)]. Падающее излучение в основном отражается (диффузно отражается), частично поглощается в стенках колбы, а оставшаяся часть Q выходит наружу и представляет собой полезный сигнал. Отсюда легко найти погонную мощность выходящего излучения:
Q=πd(1-R)I-απD(1-R)I=(1-α)W,
причем эта формула верна для любой величины R, даже очень близкой к 1. Отсюда следует, что при α<<1 формальная «непрозрачность» трубки, которая имеет место быть при R~1, тем не менее, практически не снижает эффективность вывода излучения из лампы.
2
3
Такого рода материалом, который является для ультрафиолетового излучения непрозрачным, но при этом непоглощающим, является поликристаллический оксид алюминия (поликристаллический лейкосапфир): излучение рассеивается на многочисленных границах раздела кристаллитов и слой лейкосапфира не прозрачен - его эффективный коэффициент диффузного отражения R может превышать 90%, но поглощение излучения практически отсутствует как в монокристалле, так и в поликристалле AlO.
-1
Как указывалось выше, необходимым условием высокой эффективности вывода излучения из объема лампы является отсутствие существенных потерь фотонов внутри колбы лампы. Если принять коэффициент «необратимого» (см. ниже) поглощения излучения в объеме лампы β, то для прозрачных стенок колбы, когда свет выходит «сразу же» условие высокой эффективности лампы имеет очевидный вид βd<<1, в нашем случае условие становится более жестким: βd/(1-R)<<1 или βd<<(1-R). То есть, при R=90% мы получаем условие βd<<0,1 или, для характерных диаметров импульсно-периодических ксеноновых ламп 5-10 мм: β<<0,1 см - при выполнении этого условия эффективность вывода излучения из колбы лампы остается высокой.
Здесь также важно указать, что сам по себе факт поглощения излучаемых фотонов в объеме колбы лампы не обязательно приводит к заметному снижению эффективности лампы. В самом деле, при поглощении фотона во многих случаях возникает электронно-возбужденная частица (атом, молекула), которая может снова излучить фотон, то есть в итоге потери света отсутствуют. Именно так происходит, например в РЛНД, в которой при высоком интегральном КПД фотоны многократно поглощаются-излучаются с характерной длиной пробега ~0,01 см. Распределенные необратимые потери (поглощение β) возникают только тогда, когда возбужденное состояние разрушается в процессах тушения или если при поглощении фотона не возникает возможность его последующего переизлучения.
Для импульсных ксеноновых ламп ситуация с собственным поглощением в колбе лампы, которая эффективно рассеивает генерируемое плазмой излучение обратно в объем плазмы, как обнаружено автором заявляемого технического решения, позволяет повысить бактерицидную эффективность их излучения.
Как указывалось выше, в отсутствие поглощения генерируемого излучения в газовой смеси газоразрядной лампы колба из поликристаллического оксида алюминия, возвращая большую часть излучения, падающего на внутреннюю поверхность колбы, обратно в объем разряда, не снижает эффективность лампы в целом. Однако в том случае, когда источником излучения является плазма, поглощение части возвращаемого излучения может быть даже полезным, и именно такова ситуация в импульсных газоразрядных лампах, в том числе в трубчатых ксеноновых лампах. Специфика этих ламп состоит в том, что значительная часть непрерывного спектра излучения таких ламп генерируется в не представляющих интерес для большинства приложений видимом и ближнем ИК диапазонах ([1]).
3
Поглощение излучения в плазме, которая при этом является одновременно и источником излучения в таких лампах, определяется главным образом обратным тормозным механизмом ([8]: Райзер Ю.П. «Физика газового разряда». М.: Наука, 1987 - 592 с), при котором коэффициент поглощения излучения приблизительно пропорционален третьей степени его (излучения) длины волны: β~λ. g общем виде для равновесной плазмы, степень ионизации которой определяется формулой Саха, коэффициент тормозного поглощения в частично ионизованном газе определяется следующим выражением:
3
β=ANTλ·exp(-I/kT) (1),
-3
-19
-1
здесь N [см] исходная концентрация атомов инертного газа (ксенона), T [K] - температура плазмы, λ [мкм] - длина волны излучения, I [эВ] - потенциал ионизации инертного газа (12,13 эВ для ксенона), k - постоянная Больцмана, А - константа ≈4*10для указанных единиц измерения, при этом коэффициент поглощения β выражается в см.
19
-3
-1
-1
-1
Таким образом, для ксеноновой лампы давлением 300 Торр (N≈10 см) и температуры плазмы T=15 кК коэффициент поглощения на длине волны 1 мкм составит ≈5 см и β≈1 см для длины волны 0,6 мкм. Соответственно, при внутреннем диаметре лампы 5÷7 мм и R=90% параметр βd/(1-R)>5 и, как обсуждалось выше, излучение с такой (и большей) длиной волны будет поглощаться в объеме плазмы с высокой эффективностью. В то же время для излучения бактерицидного диапазона коэффициент поглощения плазмы разряда будет в 40 (для λ=290 нм) ÷ 90 (для λ=220 нм) раз меньше, чем для λ=1 мкм - для коротковолнового излучения плазма достаточно прозрачна. Как следствие, возвращенная при диффузном отражении от поликристаллической лейкосапфировой колбы длинноволновая часть излучения плазмы поглощается во много раз сильнее, чем коротковолновая при сопоставимом числе «переотражений». Соответственно, спектр излучения лампы перераспределяется в коротковолновую область, яркость лампы в УФ и доля света бактерицидного диапазона существенно возрастают. Для предварительной оценки можно полагать, что излучение с длиной волны ≥ 0,6 мкм (β > 1 см) выходит из объема лампы, а дополнительно нагревает плазму, что повышает эффективность лампы: при T=15 кК энергия излучения в области λ≥0,6 мкм составляет более 50% энергии бактерицидного диапазона и ~12% всей излучаемой энергии (соответственно, для области λ≥0,5 мкм - около 80% энергии бактерицидного диапазона и ~20% всей излучаемой энергии), при меньшей температуре плазмы доля энергии излучения в видимом и ИК диапазонах спектра еще больше.
Увеличение доли коротковолнового излучения, которое представляет наибольший практический интерес, является принципиально важным преимуществом заявляемого технического решения для импульсных и импульсно-периодических ксеноновых ламп, а также других ламп того же типа. Это позволяет при той же мощности бактерицидного излучения снизить энерговклад в лампу и увеличить не только ее эффективность, но и ресурс, быстро возрастающий при уменьшении энерговклада в плазму.
-1
Следует также указать, что указанное преимущество является «синтетическим»: использование поликристаллического оксида алюминия в качестве материала колбы лампы позволяет увеличить температуру плазмы и как раз именно при высокой температуре плазмы эффект ее подогрева собственным излучением и соответствующего перераспределения спектра лампы является существенным. В самом деле, при типичной для ламп с кварцевой колбой температуре плазмы 9 кК коэффициент тормозного поглощения для λ=1 мкм при давлении ксенона те же 300 Торр многократно меньше, чем для T=15 кК и составляет ~0,006 см, то есть плазма является практически прозрачной, ее дополнительного нагрева и перераспределения спектра излучения не происходит.
Колба (трубка) из поликристаллического лейкосапфира (оксида алюминия), очевидно, гораздо (несопоставимо) дешевле и технологичнее, чем в колба из монокристаллического лейкосапфира, при этом химическая стойкость и теплофизические характеристики (прежде всего, теплопроводность и температура испарения) у этих материалов практически одинаковы. Для поликристаллического лейкосапфира из-за отсутствия анизотропии свойств материала (что присуще прозрачному монокристаллическому лейкосапфиру) значительно упрощается и герметичное соединение электродов лампы с колбой лампы.
В рамках заявляемого технического решения возможен вариант, когда колба газоразрядной лампы состоит из одного слоя, выполненного из поликристаллического оксида алюминия. Толщина стенок колбы в предпочтительном варианте составляет 1÷2 мм и определяется, в том числе, исходя из следующих соображений:
толщина стенки должна обеспечивать надежность и достаточный ресурс работы лампы с учетом разности давлений внутри и вне колбы с учетом воздействия ударных волн в импульсных газоразрядных лампах;
при большей толщине стенок колбы увеличивается эффективный коэффициент отражения (возвращения излучения в объем разряда) за счет диффузного рассеяния в стенке, однако увеличиваются требования к чистоте используемого материала;
при меньшей толщине стенок снижается вес колбы и ее стоимость.
Заявляемое техническое решение может привести к увеличению доли не только УФ-излучения бактерицидного диапазона, но и более коротковолнового излучения, включая вакуумный ультрафиолет с λ<190 нм, поскольку оксид алюминия пропускает излучение с длиной волны от ~170 нм. В ряде случаев ВУФ излучение лампы (тем более, что в предлагаемом варианте реализации интенсивность такого излучения возрастает многократно) представляет отдельный и значительный интерес. Однако при использовании таких ламп для стерилизации помещений ВУФ излучение приводит к нежелательной наработке озона, который является соединением высокой степени опасности с малой величиной ПДК.
В варианте реализации заявляемого технического решения для случая, когда наличие ВУФ излучения и генерация озона нежелательны, колба газоразрядной лампы может иметь дополнительный внешний слой, который выполнен из непрозрачного в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне спектра и прозрачного в бактерицидном диапазоне спектра материала. В этом случае внутренний слой колбы из поликристаллического лейкосапфира обеспечивает реализацию описанных выше преимуществ, а внешний слой колбы, который уже не подвергается воздействию плазмы разряда, блокирует выход образующего озон коротковолнового излучения. Такого рода материалом могут быть, например, соответствующие сорта кварцевого (увиолевого) стекла.
2
2
2
Поскольку коротковолновое излучение в ряде случаев снижает ресурс и пропускание многих прозрачных материалов (например, это соляризация кварцевых стекол излучением в области 215 нм), то между внутренним слоем колбы заявляемой газоразрядной лампы и внешним слоем колбы может располагаться газовый или жидкий промежуточный слой. Такой слой может выполнять как функцию охлаждения, в том числе при его прокачке, особенно для мощных ламп, так и, прежде всего, функцию поглощения (блокирования) коротковолнового излучения плазмы, а также селективного блокирования излучения того или иного диапазонов в коротковолновой части спектра (например, участка спектра в области 210-220 нм, при облучении которым быстро происходит соляризация кварцевого стекла), при этом в необходимой для применения области спектра промежуточный слой прозрачен. Например, слой воды (жидкий промежуточный слой) может блокировать коротковолновое излучение, газовая смесь может блокировать (поглощать) излучение в полосе поглощения и/или фотодиссоциации соответствующей молекулы, толщина слоя определяется условием достаточной величины ослабления соответствующего излучения. При этом возможны и предпочтительны варианты смесей с восстановлением поглощающей молекулы в цепи последующих реакций, например в смеси типа Ar/I(Br) атомы йода (брома), возникающие после фотодиссоциации исходной молекулы восстанавливаются в трехчастичных реакциях типа R+R+M→R+M, R - атом галогена, М - третье тело. В указанном варианте реализации заявляемой газоразрядной лампы может быть дополнительно увеличен ресурс внешнего слоя колбы.
Заметим, что заявляемому техническому решению не противоречит и вариант, когда в состав поликристаллического лейкосапфира тем или иным способом введена дополнительная компонента, поглощающая излучение в области короче 190÷195(200) нм.
Заявляемое техническое решение может применяться, в том числе, для корректировки спектра излучения в различных газоразрядных лампах. В то же время, видимо, наибольший интерес представляют газоразрядные лампы, возбуждаемые импульсным электрическим разрядом - прежде всего импульсно-периодические ксеноновые (криптоновые) лампы.
В импульсно-периодическом режиме работы заявляемой газоразрядной лампы возможно возбуждение плазмообразующей газовой среды с существенно разными длительностью отдельного импульса и их скважностью - от ~ 3÷5 мкс до нескольких сотен мкс, частота следования импульсов обычно составляет 0,5÷5 Гц.
Возможность практической реализации заявляемого технического решения не вызывает сомнений и основана на известных технологиях изготовления трубок из поликристаллического лейкосапфира, герметизации электрических вводов в такие трубки, наличии соответствующих источников питания ламп и т.д.
Экспериментальное сопоставление газоразрядных импульсных ксеноновых ламп для трубок из монокристаллического и поликристаллического лейкосапфира продемонстрировало (как и предполагалось) практически одинаковый ресурс при одной и той же энергии электрического разряда, при этом энергия излучения в бактерицидном диапазоне увеличивалась на 10÷15%. При одной и той же энергии излучения бактерицидного диапазона ресурс газоразрядной лампы с колбой из поликристаллического оксида алюминия оказался на 20÷25% выше.
Таким образом, применение заявляемого технического решения позволяет существенно удешевить газоразрядные лампы, излучающие в ультрафиолетовой (в том числе бактерицидной) области спектра, повысить эффективность генерации коротковолнового излучения импульсно-периодических ламп на инертных газах (прежде всего ксеноновых) и увеличить их ресурс.
Заявляемое техническое решение применимо к различным конкретным способам генерации импульсного электрического разряда в газоразрядных лампах, а также к разрядам и лампам различной геометрии. Заявляемое решение применимо также к различным составам газовых смесей.
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой области изменения описанных выше вариантов реализации газоразрядной лампы. Прежде всего, это относится к конкретному составу и давлению используемой в лампе газовой смеси, типу и режиму работы электрического разряда (например, частоте и скважности импульсов в импульсно-периодическом режиме и т.д.), геометрии разрядного промежутка и колбы (в том числе толщине стенки/стенок колбы), форме, материалу и расположению электродов, включая вариант полого катода, источникам питания и управления разряда, размеру кристаллитов в поликристаллическом оксиде алюминия и т.д.