ЛАМПА КВАРЦЕВАЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ
ULTRAVIOLET QUARTZ LAMP

Изобретение касается светотехнических устройств электрорадиотехники, в частности лампы газоразрядной ртутной кварцевой ультрафиолетовой, и может быть использовано в составе аппаратов ультрафиолетового облучения в медицине, а также в технологических системах, требующих источник ультрафиолетового излучения, например в электронике и спектроскопии и др.
Известна газоразрядная лампа, колба которой выполнена из кварцевого стекла и заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, каждая из которых соединена с фольгой контактной электродной и контактом электродным, заштампованными в колбу с противоположных концов по фольге контактной электродной, электроды электродных сборок выполнены из многошаговой спирали, а на внешнюю поверхность колбы лампы нанесено селективнопропускающее кремне-титановое покрытие (Лампа кварцевая безозоновая. Патент РФ №2176117, 27.12.2000 г.).
Недостатком такого решения является невозможность развития высокой мощности ультрафиолетового излучения, а также низкий коэффициент отдачи лампы (отношение мощности излучения к потребляемой мощности).
Наиболее близким по технической сущности является лампа кварцевая ультрафиолетовая по патенту на изобретение РФ №2208875 от 27.12.2001 г., где колба выполнена из кварцевого стекла, на внешнюю поверхность которой нанесено селективнопропускающее покрытие, заполнена инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, в составе электрода горения и электрода зажигания, каждый из которых закреплен на электродной ножке и соединен с фольгой контактной электродной заштампованной в колбу с контактом электродным, электроды горения выполнены из неоднократно скрученной спирали, с покрытием, понижающим работу выхода электронов.
Недостатком такого решения является ограниченный срок службы лампы и отказ зажигания и работы при низких температурах.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, повышение мощности излучения, увеличение срока службы лампы, повышение стабильности излучения и обеспечение устойчивого включения и работы при низких температурах.
Поставленная задача решается тем, что в лампе с колбой из кварцевого стекла, на внешнюю поверхность которой нанесено селективнопропускающее покрытие, заполненной инертным газом с дозированным количеством ртути, с двумя электродными сборками, в составе электрода горения и электрода зажигания, каждый из которых закреплен на электродной ножке, соединен с фольгой контактной электродной и с контактом электродным, электроды горения выполнены из неоднократно скрученной спирали с покрытием, понижающим работу выхода электронов, при этом электроды зажигания также выполнены из неоднократно скрученной спирали с покрытием, понижающим работу выхода электронов, причем первая электродная сборка по отношению ко второй повернута на 180°, на внутреннюю поверхность колбы лампы нанесено защитное покрытие, содержащее композицию оксида алюминия и иттрия с добавками оксида бериллия и гафния, дополнительно в колбу лампы дозировано добавлена соль цезия, а на наружную поверхность электродных участков колбы лампы нанесено отражающее покрытие двуокисью циркония.
На фиг.1 представлена схема лампы, где показаны 1 колба кварцевая, с наружным селективнопропускающим 2, внутренним защитным 3 и отражающим 4 покрытиями, с первой 5 и второй 6 электродной сборкой в составе первого 7 и второго 8 контактов электродных, первой 9 и второй 10 фольги контактной электродной, первой 11 и второй 12 ножки электродной, электрода 13 горения и электрода 14 зажигания.
Лампа изготовлена следующим образом. Прежде всего осуществляется подготовка колбы кварцевой нанесением внутреннего защитного 3 покрытия, представляющего собой композицию в составе оксида алюминия и иттрия с стабилизирующими добавками оксида бериллия и гафния.
При этом, выбор элементов защитного покрытия внутренней оболочки колбы лампы с активными компонентами, работающими в газоразрядной среде; основан на следующих требованиях. Прежде всего, они должны обладать низкой теплопроводностью, высокой температурой плавления, оптической прозрачностью, инертностью к наполняющим активным компонентам, термостойкостью. Кроме того, плотность и линейные коэффициенты термического расширения элементов покрытия должны быть близки.
Первые компоненты защитного покрытия создают связь собственно покрытия с основой материала колбы. Остальные составляющие покрытия, удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям, создают инертную композицию, состоящую из нескольких молекулярных слоев, на границе: газовый разряд - оболочка колбы.
Смесь компонентов защитного покрытия в виде растворимых солей в растворе определенной дисперсности наносят на внутреннюю поверхность колбы лампы и закрепляют низкотемпературной сушкой с последующей высокотемпературной обработкой.
Конечным результатом такой обработки является формирование защитного покрытия из оксидной пленки в несколько молекулярных слоев, существенно повышающей стабильность излучения и увеличивающее срок службы лампы.
Следующим этапом осуществляется подготовка электродной сборки 5 и 6. Спираль электродов 13 горения изготавливается из вольфрамовой нити скручиванием ее в спираль с минимально возможным шагом. Из полученной спиральной нити скручивается следующая спираль уже большим шагом, чем предыдущая. Затем из уже полученной неоднократно скрученной спирали скручивается собственно электрод 13 горения. Выполненная многошаговая вольфрамовая спираль, электрода горения, покрывается веществом, понижающим работу выхода электронов, например суспензией на основе окиси иттрия. В результате того, что спираль электрода 13 горения имеет сложную многошаговую конструкцию, обладает достаточной площадью поверхности для формирования дугового разряда горения и несет на себе покрытие понижающее работу выхода электронов значительно больше, чем при изготовлении электрода из одношаговой спирали простой конструкции. Такая конструкция спирали электрода облегчает процесс зажигания лампы и понижает ток, необходимый для формирования газоразрядного процесса и увеличивает мощность излучения.
Таким же образом изготавливается электрод 14 зажигания, но с меньшим количеством витков скрученной спирали. Такое решение электрода зажигания облегчает процесс зажигания лампы и увеличивает надежность включения при изменении температурных режимов, например, при понижении температуры окружающей среды ниже 15°С, когда включение ртутных газоразрядных ламп затруднено, или невозможно.
Спираль электрода 13 горения и электрода 14 зажигания электродных сборок 5 и 6 закрепляется соответственно на молибденовых ножках: первой 11 и второй 12 ножке электродной, которые приварены к молибденовой фольге 9 и 10 контактной электродной. Затем к молибденовой фольге привариваются контакты электродные соответственно первого 7 и второго 8 контактов электродных.
Изготовленные таким образом первая 5 и вторая 6 электродные сборки завариваются в колбу 1 лампы, из кварцевого стекла с торцов таким образом, что электроды 13 и 14, закрепленные на ножках 11 и 12, помещаются внутри колбы, а заварка электродной сборки в кварцевую колбу осуществляется по фольге 9 и 10 контактной. Такое решение предотвращает выход лампы из строя из-за возможности, так называемого, натекания атмосферного воздуха через место заварки электродной сборки в кварцевую колбу лампы.
При этом первая 5 электродная сборка устанавливается повернутой по отношению ко второй 6 электродной сборки на 180°. Расположенные таким образом электроды 13 горения обеспечивают формирование дугового разряда в лампе при ее горении по диагонали лампы и собственно дуга разряда не соприкасается с внутренним защитным 3 покрытием, что сохраняет технологическую целостность защитного покрытия внутренней поверхности колбы лампы, что значительно продлевает срок ее службы.
После прогревания электродов 13 и 14 током высокой частоты происходит дополнительная откачка лампы, заполнение инертным газом с дозированным количеством ртути и соли цезия.
Конструктивные особенности электрода зажигания совместно с введением дозированного количества соли цезия дополнительно к дозированному количеству ртути облегчает формирование тлеющего разряда в момент включения лампы и обеспечивает устойчивое включение и работу лампы газоразрядной ртутной кварцевой даже при отрицательных температурах.
После завершения сборки лампы осуществляют заварку технологического канала, место расположения которого из-за непринципиального значения на фиг.1 не показано. Количество ртути в лампе, а также используемый инертный газ и его давление определяется требованиям к мощности лампы.
В момент включения лампы между электродом 14 зажигания и электродом 13 горения формируется тлеющий разряд, который разогревает электрод горения и за счет лавинообразного выхода электронов между электродами горения 13 электродных сборок 5 и 6 формируется дуговой разряд и лампа зажигается.
Следующим этапом проводится технологическая тренировка лампы на стенде включения и проверка ее электрических параметров.
После процесса контроля работоспособности лампы и ее электрических параметров осуществляют процесс легирования поверхности колбы лампы кремний-титановой композицией, исключающей возможность формирования потока излучения в коротковолновой озонообразующей части ультрафиолетового спектра.
Для этого приготавливается специальный раствор селективно пропускающего покрытия, состоящий из основных компонентов, содержащих кремний и титан.
После нанесения кремний-титанового покрытия на поверхность колбы лампы ее нагревают. Прогревание колбы лампы позволяет сформировать пленку на поверхности колбы лампы, содержащую титан в окиси кремния, т.е. получить кварцевую пленку на поверхности колбы легированную титаном.
Кристаллизация титановых включений в процессе нагревания позволяет создать защитную кристаллическую решетку молекул титана в покрытии, которая сдвигает спектр ультрафиолетового излучения в длинноволновую ее часть.
Затем осуществляют процесс нанесения на электродные участки лампы отражающего 4 покрытия двуокисью циркония. Отражающее покрытие увеличивает температуру тлеющего разряда за счет внутреннего отражения в момент зажигания лампы, выполняет стабилизирующую роль при формировании дугового разряда выхода лампы на рабочий режим и способствует увеличению мощности излучения лампы во время работы. Таким образом, достигается устойчивые зажигание и работа ртутной газоразрядной лампы даже при отрицательных температурах.
После операции нанесения покрытия осуществляют контроль мощности излучения и спектральных характеристик лампы.
Выполненные испытания показали высокие технические параметры, удовлетворяющие требованиям изделия. Лампа кварцевая ультрафиолетовая «ЛУФИС» в составе светолечебного облучателя «СОЛИС» утверждена Росздравнадзором РФ для производства и практического применения в медицинской практике.