Оптичні характеристики плазми газорозрядних джерел випромінювання на бромідах і йодидах інертних газів

Створено малогабаритну широкосмугову лампу на робочій суміші Kr-Xe-Br₂-I₂ спектр випромінювання якої складався з атомарної лінії йоду 206.2 нм і континуума в спектральній області 210-390 нм, що формувався з смуг 221 нм XeBr(D-X), 253 нм XeI(B-X), 282 нм XeBr(B-X), 289 нм Br₂*, 342 нм I₂* і 386 нм IBr*.

Ключеві слова: тліючий розряд, ексиплексна лампа, інертні гази, бром, йод, спектр випромінювання, контур спектральної лінії.

АНОТАЦИЯ

Грабовая И.А. Оптические характеристики плазмы газоразрядных источников излучения на бромидах и йодидах инертных газов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.04 - физическая электроника. - ГВУЗ “Ужгородский национальный университет”, Ужгород, 2008.

Диссертационная работа посвящена исследованию оптических, электрических и пространственных характеристик газоразрядной плазмы на парах брома, на смесях инертных газов с молекулами брома и йода; определению процессов образования эксиплексных молекул, возбужденных молекул брома и йода и атомов брома и йода; оптимизации смесей в УФ-ВУФ области спектра для создания эффективных газоразрядных источников излучения. В диссертационной работе описана методика и техника измерения эмиссионных и электрических характеристик газоразрядной плазмы продольного тлеющего разряда, которая дает возможность регистрации излучения плазмы в широкой спектральной области 130-900 нм.

Исследование УФ излучения плазмы тлеющего разряда на смесях Не-I₂ показало, что спектр излучения состоит из спектральной линии атома йода 206.2 нм, полосы 342 нм I₂(D'-A'). Основным механизмом образования возбужденных атомов йода является диссоциативное возбуждение молекул I₂ электронами. При Р(Не) = 400 Па для смеси He-I₂ распределение мощности УФ излучения плазмы составлял соответственно: W(206.2 нм) - W(342 нм) = 52 - 48 %. Спектр излучения на смеси ксенон-йод состоял из излучения спектральной линии атома йода 206.2 нм (шириной ? 0.1 нм) и полос излучения 253 нм XeI(B-X), 342 нм I₂(D^'-A^'). Для смесей He-Хе-I₂ при давлении P(He)- P(Xe) = 400-120 Па распределение мощности излучения составляло W(206.2 нм) - W(253 нм) - W(342 нм) = 54 - 9 - 37 %. На основе смесей He-Хе-I₂ разработано эксиплексно-галогенную лампу с мощностью излучения до 40 Вт с КПД ? 15% и ресурсом работы ? 1000 часов.

Исследования эмиссионных характеристик малогабаритной эксиплексно-галогенной УФ-ВУФ лампы на смеси инертных газов He, Ne, Ar, Xe, Kr с парами йода показали, что наиболее высокая интенсивность излучения спектральной линии 206.2 нм была получена в смеси He-I₂, Kr-I₂ при токе тлеющего разряда 50 мА. Максимальная эффективность излучения была для смеси Xe-I₂. Приблизительно половина мощности УФ излучения лампы излучается в виде спектральной линии атома йода (l=206.2 нм) с шириной 0.12 нм, а вторая половина - в виде электронно-колебательных полос молекул 342 нм I₂(D^'-A^') и 253 нм XeI(B-X). Оптимальное парциальное давление инертных газов находится в диапазоне 400-600 Па. Соотношение интенсивности спектральных линий 161.8 и 206.2 нм в тлеющем разряде на смеси He, Ne, Kr, Xe с парами йода (при давлении инертного газа 500 Па и токе разряда 50 мА) соответственно равны: 0.80-0.46-0.57-0.39 отн. ед. Абсолютная величина полной мощности излучения (со всей поверхности разрядной трубки) достигала 6-7 Вт при КПД ? 15-20%.

Эмиссионные характеристики плазмы тлеющего разряда на смесях Ar(Kr)-Xe-I₂ определяются процессом передачи энергии от атомов Ar, которые находятся в метастабильном состоянии, атомам Kr и Xe, и соответственно от Kr(m) к Xe. При этом в спектрах преобладает излучение спектральной линии атома йода 206.2 нм с шириной 0.12 нм и полосы 253 нм XeІ(B-X).

Для плазмы на основе паров брома (Br₂ и He-Br₂) проведено оптимизацию излучения на основе спектральных линий атома брома 163.3 и 157.6 нм (при низком давлении Р(Br₂) Ј 80 Па) и на континууме на основе полос Br₂ и Br₂⁺ (Дл =165-300 нм). Наиболее оптимальной была смесь Р(Не)-Р(Br₂) = (500-600)-(200-400) Па для ламп с мощностью 4-5 Вт. Изменение парциального давления паров брома дает возможность регулирования ширины полосы излучения в диапазоне 165-300 нм и полностью перекрывать всю бактерицидную область.

Излучение плазмы тлеющего разряда на смеси Xe-Br₂ и Kr-Br₂ состоит из спектральных линий BrI, полос молекул XeBr* (282, 220 нм), KrBr* 207 нм и 289 нм Br₂(B-X). В спектре излучения на смеси Xe-Br₂ существенную роль играет процесс передачи энергии между метастабильными атомами Xe(m) и атомами Xe в основном состоянии, которые вступают в “гарпунную реакцию” с образованием молекулы XeBr^*: Изменение давления паров брома от 50 до 270 Па позволяет гасить излучение атомов брома и формировать УФ- континуум на основе полос XeBr*, KrBr*, Br₂*, Br₂⁺*. Оптимальные парциальные давления Xe и Kr находились в диапазоне 500-800 Па, а паров брома - в диапазоне 100-250 Па. Средняя мощность достигала 5 Вт при КПД ? 10 %.

Исследование эмиссионных характеристик плазмы на смеси ксенона с молекулами брома и йода показало, что в УФ области спектра наблюдалось интенсивное излучение спектральной линии атома йода 206.2 нм и полос молекул ХеІ*, XeBr* и Br₂*. Наиболее оптимальной была рабочая смесь при давлении компонент P(Xe)-P(Br₂)-P(І₂) = 400-130-(20-30) Па; оптимальное давление инертных газов находилось в диапазоне 400-800 Па, а паров брома 100-400 Па. Полная мощность УФ излучения достигала 12-15 Вт.

В эксиплексно-галогенной лампе на смеси криптона с молекулами брома и йода (смесь Kr-Br₂-I₂) больше половины мощности излучается в виде континуума в спектральном диапазоне 220-390 нм. В более коротковолновой области спектра лампа излучает спектральную линию атома йода 206.2 нм (с шириной 0.10-0.12 нм) и полосу 207 нм KrBr(B-X). Оптимальное давление инертных газов находится в диапазоне 400-800 Па, а паров брома P(Br₂) = 100-400 Па. Суммарная мощность УФ излучения достигала 12 Вт при КПД ? 10%. На основании смесей Хе(Kr)-Br₂-I₂ предложено разработать эффективную бактерицидную лампу, спектр излучения которой по форме хорошо согласуется из спектром поглощения молекул ДНК.

Спектр излучения малогабаритной широкополосной ультрафиолетовой лампы на смеси Kr-Xe-Br₂-I₂ состоял из атомарной линии йода 206.2 нм и континуума в спектральной области 210-390 нм, который формировался из полос 221 нм XeBr(D-X), 253 нм XeI(B-X), 282 нм XeBr(B-X), 289 нм Br₂*, 342 нм I₂* и 386 нм IBr*. Оптимальными для УФ излучения лампы были смеси P(Kr)-P(Xe)-P(Br₂)-P(I₂)=(400-800)-(200-400)-(200-400)-(100-200) Па. Средняя мощность УФ излучения находилась в диапазоне 8-12 Вт.

Ключевые слова: тлеющий разряд, эксиплексная лампа, инертные газы, бром, йод, спектр излучения, контур спектральной линии.

SUMMARY

Hrabova I.A. Optical characteristic of plasma of gas-discharge sources of radiation on bromides and iodides of rare gases. - Manuscript.

Thesis on the receipt of scientific degree of candidate of physical and mathematical sciences in speciality 01.04.04 is physical electronics. - Uzhgorod National University, Uzhgorod, 2008.

Dissertation work is devoted research of optical and electric characteristics of gas-discharge plasma on the vapour of bromine and on mixtures of rare gases with the molecules of bromine and iodine; to establishment of processes of formation of exciplecs molecules, excited molecules of bromine and iodine and atoms of bromine and iodine; optimizations of mixtures are in UV-VUV of spectrum region for the receipt of effective gas-discharge sources of radiation.

Investigation of UV- radiation of plasma is on mixtures of He-I_2, Xе-I₂ demonstrated that the spectrum of radiation included the mainly spectral line of atom of iodine 206.2 nm, bands 253 nm of XeI(B-X) and 342 nm of I₂(D'-A'). On the basis of mixture of He-Хе-I₂ a excimer-galohen lamp is developed with power of radiation to 40 W and efficiency of ? 15%. The working mixture of rare gas He, Ne, Ar, Kr і Xe with vapour of iodine in the UV-VUV spectral region are optimized.

On the basis of plasma of vapour of a bromine (Br₂ and mixture of He-Br₂) a radiation on the basis of spectral lines of atom of bromine 163.3 and 157.6 nm (at low pressure of P(Br₂) Ј 80 Pa) and on continuum on the basis of bands of Br₂ and Br₂+ (Дл =165-300 nm) is first optimized. Change of partial pressure of vapour of Br₂ found out possible adjusting breadthways of band of radiation in the range of 165-300 nm. For plasma of glow-discharge on mixtures of Xe- Br₂ and Kr- Br₂ of radiation consists of VUV of spectral lines of BrI, bands of molecules of XeBr* (282, 220 nm), KrBr* 207 nm and 289 nm Br₂(B-X). Change of pressure of vapour of a bromine from 50 to a 270 Pa allows to extinguish the radiation of atoms of Br and form unique UV-continuum the basis of bands of XeBr*, KrBr*, Br₂*, Br₂^+*.

A small widely-band lamp is created on working mixture of Kr-Xe- Br₂-I₂ the spectrum of radiation of which formed of atomic line of iodine of 206.2 nm and continuum in the spectral region of 210-390 nm, that formed from the bands of 221 nm XeBr(D-X), 253 nm XeI(B-X), 282 nm XeBr(B-X), 289 nm Br₂*, 342 nm of I₂* and 386 nm of IBr*.

Key words: glow discharge, exciplex lamp, rare gases, bromine, iodine, spectrum of radiation, contour of spectral line.

Підписано до друку 20.10.2008. Формат 60х90/16.

Умовн. друк. арк. 1,25. Облік.-вид. арк. 0,9.

Друк різографічний. Зам. №20/1. Наклад 100 прим.

Розтиражовано з готових оригінал-макетів

ПП Данило С.І.

м. Ужгород, пл. Ш.Петефі, 34/1

Тел.: 61-23-51

Размещено на Allbest.ru