УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП
APPARATUS FOR STABILISING RADIATION OF GAS DISCHARGE LAMPS

Изобретение относится к оптике и может быть использовано при конструировании и разработке аппаратуры, применяемой при физических и биологических исследованиях, а также в медицинской практике и служит для стабилизации интегральной мощности излучения.
Известно устройство для стабилизации светотехнических характеристик газоразрядного источника излучения, используемого в теплицах и вегетационных климатических камерах (авт. свид. СССР №1753631, МПК H05B 41/00, от 22.10 90 г., опубл. 07.08.1992 г.), содержащее газоразрядный источник с индуктивным балластом, силовой ключ, измерительный мост на диодах, соединенный с фильтром нижних частот, выход которого соединен с блоком опорного напряжения, а третий вход соединен с выходом датчика напряжения горения разрядного промежутка газоразрядного источника излучения, причем выход блока сравнения соединен с входом фазосдвигающего блока, выход которого соединен с управляющим электрода симистора, включенного в цепь питания газоразрядного источника излучения и его индуктивного балласта.
Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не обеспечивает стабилизацию интенсивности излучения, так как при его применении не учитываются потери на излучение.
Наиболее близким к заявленному объекту по технической сущности и достигаемому результату является устройство, осуществляющее стабилизацию интенсивности излучения промышленной газоразрядной лампы (патент №2285357, МПК H05B 41/39, от 02.03 2005 г., опубл. 10.10.2006 г.), содержащее газоразрядный источник излучения с индуктивным балластом, диодный мост, включенный параллельно источнику излучения, фильтр нижних частот, блок сравнения, один вход которого соединен с блоком опорного напряжения, согласно изобретению введен фотодатчик УФИ, соединенный через фильтр нижних частот со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с транзисторным блоком регулирования, последовательно с блоком регулирования в диагональ моста включено балластное сопротивление, а параллельно ему включен блок защиты.
Недостаток данного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает стабилизацию интенсивности излучения газоразрядного источника, поскольку отсутствует режим термодинамического равновесия и его излучение не находится в равновесии с плазмой газового разряда (излучение и плазма имеют различные температуры).
Размещение газоразрядного источника внутри замкнутой светонепроницаемой полости, с небольшим отверстием в средней части стенки для вывода излучения газоразрядной лампы во внешнюю среду, позволяет реализовать устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп.
Задачей изобретения является ослабление влияния изменения напряжения питающей сети, а также характеристик (параметров) внешней окружающей среды на интенсивность и спектральные характеристики излучения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп, содержащее газоразрядный источник излучения в виде промышленной газоразрядной лампы, согласно изобретению, газоразрядная лампа помещена соосно корпусу цилиндрической формы, диаметра D, выполненного из светонепрозрачного материала и имеющего отверстие диаметром d, расположенное в средней части стенки корпуса, причем d<<D.
На чертеже представлена схематическая конструкция устройства для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп.
Предложено устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп, которое содержит, например, промышленную кварцевую цилиндрическую газоразрядную ртутную лампу 1 низкого давления (0,8÷0,9 Па) типа ДРБ-8 ТУ 16-535.659-77 или TUV 8w G8 Т5 UV - Special «Philips», которая расположена соосно корпусу 2, выполненному из светонепроницаемого материала (например, из алюминиевого листа) диаметром D и имеющего в средней части стенки корпуса отверстие диаметром d, поз.3, причем d<<D.
Устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп работает следующим образом.
Газоразрядная лампа 1, расположенная соосно корпусом 2, имеет линейчатый спектр (регистрируемый при прохождении через отверстие 3), огибающая линий которого является функцией Планка
,
что свидетельствует о термодинамическом равновесии излучающей среды газоразрядной лампы.
-34
Здесь h=6,625·10 [Дж·c] - постоянная Планка;
-23
k=1,381·10 [Дж/К] - постоянная Больцмана,
8
с=3·10 [м/с] - скорость света; v=c/λ;
T=9÷10 кК - абсолютная температура плазмы.
Если излучающая среда находится в термодинамическом равновесии, то при высокой оптической плотности излучения, имеющейся в линиях, присутствует равновесие излучения с веществом.
Прямым следствием выполнения закона Планка является закон Стефана-Больцмана
4
R=σ·T,
-8
2
4
4
4
1
1
1
1
2
2
σ=5,6687·10 [Вт/м/К], согласно которому интегральная светимость (плотность мощности) термодинамически равновесного излучателя с непрерывным спектром излучения пропорциональна его температуре в четвертой степени. Допустим, при действующем значении  тока лампы Т - абсолютная температура ее плазмы, тогда интегральная мощность излучения R, согласно закону Стефана-Больцмана, будет R=σ(T). При возрастании тока лампы  мощность излучения увеличится до R=σ(Т). Рост абсолютной температуры плазмы, приводящий к росту относительной интегральной плотности мощности излучения, представленной в виде
не превышает 1,5÷2%, несмотря на существенное увеличение тока лампы . Коэффициент нестабильности излучателя, выражающийся как отношение ΔR/R к относительному изменению тока лампы  мал, чем и обеспечивается ослабление влияния изменения напряжения сети на интенсивность и спектральные характеристики излучения.
Устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп отличается простым конструктивным решением и позволяет обеспечить большой коэффициент стабилизации интенсивности и спектра излучения газоразрядной лампы независимо от внешних условий и изменения напряжения сети.
Предлагаемое устройство для стабилизации интегральной мощности излучения газоразрядных ламп было реализовано на основе ртутной бактерицидной лампы TUV 8w G8 Т5 UV - Special «Philips», которая располагалась в замкнутой непрозрачной алюминиевой полости цилиндрической формы диаметром D=0,12 м, длиной 0,6 м и стандартной системой питания, допускающей регулировку питающего напряжения от сети переменного тока в пределах 180÷252 В промышленной частоты 50 Гц. Диаметр отверстия для вывода излучения наружу d=0,009 м.
1
2
1
2
При исследовании интегрального излучения плазмы закрытой газоразрядной лампы для действующих значений токов  и  были найдены значения эффективных температур T(8620÷9520)К, и Т(8740÷9660)К. Согласно предыдущей формуле было найдено, что увеличение температуры с Т до T вызвало рост интегральной мощности излучения на 5,8%, а коэффициент нестабильности излучателя составил величину 0,133.
По выражению для интегральной мощности излучения (Горбунков В.И. Оценка поглощенной дозы излучения газоразрядной лампы. // Оптика и спектроскопия. 2007, Том 103. - №5. - с.876-880.) в указанном диапазоне температур был проведен расчет интегральной мощности излучения. Поскольку дискретные переходы играют основную роль в формировании линий излучения закрытой ртутной бактерицидной лампы, то рост интегральной мощности излучения для линий ртути составил величину 5,6%, оказавшуюся весьма близкой к соответствующему значению излучения непрерывного спектра.
d
-6
2
Достоверность полученных результатов расчетов подтверждают экспериментально полученные оценки уровня нестабильности спектральной плотности потока излучения резонансной линии 253,65 нм, которая была выделена с помощью малогабаритного монохроматора МУМ 1.720.012, а в качестве фотоприемника был использован модуль ЛК 149L&L1 («Electro Optikal Components, Inc.») с известной спектральной чувствительностью  и эффективной фоточувствительной площадью S=12,25·10 [м].
В ходе эксперимента было обнаружено, что рост действующего значения тока лампы с 0,194 А до 0,306 А привел к изменению фототока, вызванного излучением спектральной линией 253,65 нм на 6,16% (от 0,240 мА до 0,255 мА). Нестабильность тока фотодиода, по результатам экспериментальных данных, составляет величину 0,138, практически совпадающую с нестабильностью интегрального излучения непрерывного спектра.