×
19.06.2019
219.017.8aa5

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам генерации излучения оптического диапазона, возникающего в результате электрического разряда в газе, и к разрядным осветительным лампам низкого давления различных типов, и может быть использовано для создания эффективных экологически безопасных источников оптического излучения. Технический результат - повышение эффективности генерации оптического излучения и уменьшение затрат на утилизацию вышедших из строя данных источников оптического излучения, что дает в целом существенную экономии при эксплуатации в промышленности и быту. Способ генерации оптического излучения включает создание газового разряда в атмосфере инертного газа с излучающей молекулярной добавкой в баллоне из оптически прозрачного материала. Газовый разряд в источнике оптического излучения создают с помощью импульсно-периодического напряжения, амплитуду которого в импульсе выбирают больше амплитуды напряжения в разряде постоянного тока в источнике оптического излучения. Частоту повторения импульсов напряжения выбирают в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц, скважность импульсов напряжения выбирают в диапазоне больше 1. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к способам генерации излучения оптического диапазона, возникающего в результате электрического разряда в газе, и к разрядным осветительным лампам низкого давления различных типов, и может быть использовано при создании эффективных, экологически безопасных источников оптического излучения.

Уровень техники

В настоящее время существует большое число способов получения оптического излучения, связанных с использованием различных газовых разрядов. Среди этих источников оптического излучения можно выделить две группы источников оптического излучения, получивших наибольшее распространение в силу существенных преимуществ перед другими типами источников оптического излучения [1-3].

К первой группе относятся разрядные источники оптического излучения низкого давления, которые, как правило, создаются на основе разрядов в смесях инертных газов с малой по концентрации излучающей добавкой. Среди данного типа источников оптического излучения наибольшее распространение имеют ртутные люминесцентные лампы, работающие на смеси аргона с парами ртути, причем давление паров ртути примерно на три порядка величины меньше давления инертного газа. Данные источники излучения имеют рекордные (не превзойденные к настоящему времени) эффективности преобразования электрической энергии в энергию оптического излучения (для ртутных люминесцентных ламп 60-70% вводимой в плазму электрической мощности преобразуется в мощность резонансного излучения атомов ртути). Основным недостатком данной группы источников оптического излучения является их экологическая опасность (использование паров металлов, вредных для человека и природы).

Ко второй группе источников оптического излучения относятся разрядные источники оптического излучения высокого давления, которые, как правило, создаются на основе разряда в однородном газе. Типичными представителями таких источников оптического излучения являются ртутные лампы высокого давления, ксеноновые лампы высокого и сверхвысокого давления, натриевые лампы высокого давления. Данные источники оптического излучения характеризуются рекордными яркостями и потоками оптического излучения. Однако данные источники излучения имеют существенно более низкий коэффициент преобразования электрической энергии в энергию оптического излучения (~15-20% [1-3]). Кроме этого ряд данных источников оптического излучения также небезопасен с экологической точки зрения в силу использования вредных веществ (например, ртуть, галогениды вредных металлов (таллий, редкие земли), радиоактивные материалы в электродах ламп (торий) и др.).

Известен способ получения оптического излучения [4] с помощью микроразрядных устройств, обеспечивающий возбуждение эксимерных кластеров благородных газов и получение УФ-излучения. Однако излучение эксимерных молекул лежит, как правило, в вакуумной ультрафиолетовой области и может быть использовано либо в условиях слабого поглощения данного излучения (вакуум, газ со слабым поглощением УФ-излучения эксимерных молекул), либо с использованием люминофоров, переводящих излучение вакуумного ультрафиолета в более длинноволновую область, например в видимую область спектра. В атмосферных условиях данное излучение использоваться самостоятельно не может.

Известен способ получения оптического излучения [5] с помощью барьерного разряда и синхронизацией с внешним сигналом, что играет важную роль при его использовании в импульсных устройствах, а также метод использования разряда с диэлектрическим барьером [6], в котором для увеличения эффективности используется отражающее покрытие, параллельное каналу разряда. Однако эффективность генерации УФ-излучения барьерным разрядом достаточно высока только в среде эксимерных газов, излучающих в области вакуумного ультрафиолета. Для других газов (смесей газов) она, как правило, не превышает нескольких процентов, что является существенным недостатком.

Известен способ получения оптического излучения [7] с помощью разряда в аргоне и других благородных газах. Эти источники света являются экологически безопасными, однако их существенным недостатком является то, что резонансное излучение атомов инертных газов лежит в области вакуумного ультрафиолета, что при преобразовании его в видимую область приводит к неизбежным большим потерям в эффективности (светоотдаче).

Известен способ возбуждения самостоятельного электрического разряда в газах [8], особенностью которого является питание разряда постоянным высоковольтным напряжением, на которое накладываются высоковольтные импульсы напряжения, длительность которых связана с ионизационными процессами, происходящими в канале разряда. Недостатком данного способа является низкая эффективность генерации УФ-излучения.

Известен способ генерации оптического излучения [9], включающий создание газового разряда в атмосфере инертного газа с излучающей молекулярной добавкой в баллоне из оптически прозрачного материала. В качестве молекулярной добавки используются молекулы воды, дающие в условиях разряда молекулы гидроксила, излучающие УФ-полосу 306.4 нм. Эффективность генерации УФ-излучения достигает 25-30%, что является существенным преимуществом данных ламп перед другими источниками УФ-излучения в области ультрафиолета «В», которое, в свою очередь, является наиболее благоприятной для биологических объектов (в том числе и человека). Недостатком данного способа является недостаточная эффективность генерации УФ-излучения.

Сущность изобретения

Заявленный способ свободен от указанных недостатков.

Техническим результатом заявленного способа является повышение эффективности генерации излучения молекулярной добавки.

Кроме того, по отношению к мировому уровню техники в данной области заявленный способ уменьшает затраты на создание безопасных условий производства и эксплуатации источников оптического излучения, создаваемых на основе предлагаемого изобретения, а также уменьшает затраты на утилизацию вышедших из строя данных источников оптического излучения, что дает в целом существенную экономию при эксплуатации в промышленности и быту.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе генерации оптического излучения, включающим создание газового разряда в атмосфере инертного газа с излучающей молекулярной добавкой в баллоне из оптически прозрачного материала, в соответствии с заявленным изобретением газовый разряд в источнике оптического излучения создают с помощью импульсно-периодического напряжения, амплитуду которого в импульсе выбирают больше амплитуды напряжения в разряде постоянного тока в источнике оптического излучения, частоту повторения импульсов напряжения выбирают в диапазоне от 1 кГц до 1 МГц, скважность импульсов напряжения выбирают в диапазоне больше 1.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве молекулярной добавки используют молекулы гидроксила с концентрацией менее 10% концентрации атомов инертного газа.

Помимо того указанный технический результат достигается тем, что в качестве инертного газа выбирают аргон.

Кроме этого указанный технический результат достигается тем, что в качестве инертного газа берут смесь аргона с неоном и/или гелием.

Помимо этого указанный технический результат достигается тем, что в смеси аргона с неоном и/или гелием аргона берут не менее 50%.

Заявленный способ получения оптического излучения поясняется следующим.

В положительном столбе тлеющего разряда электроны нагреваются электрическим полем и теряют свою энергию главным образом в неупругих столкновениях с атомами и/или молекулами. В отличие от атомов молекулы, как правило, имеют большое число колебательно-вращательных состояний уже в основном состоянии и поглощают энергию электронов практически всех энергий. Данные потери энергии являются «вредными», поскольку не превращаются в полезное излучение. Эти потери можно ослабить, если перейти в режим импульсно-периодического разряда. Если напряженность электрического поля Е в плазме достаточно велика, так что на длине свободного пробега электрон получит энергию, достаточную для возбуждения первого возбужденного состояния молекулы гидроксила (полагаем, что они уже есть в газовом разряде в результате столкновений молекул воды с возбужденными атомами аргона), то потери на возбуждение нижних колебательно-возбужденных состояний молекул будут меньше. Данное условие можно сформулировать математически следующим образом:

энергия Δε=ebеE2νmol-1, которую электрон получает от электрического поля за время νmol-1 между двумя колебательно-вращательными столкновениями с молекулой, должна быть больше энергии возбуждения электронных состояний молекулы, т.е.

e и bе есть заряд и подвижность электронов.

Неравенство (1) накладывает следующее требование к величине напряженности электрического поля в плазме

Величина напряженности электрического поля в импульсе зависит от параметров импульсно-периодического разряда (частоты повторения и скважности импульсов) и, как показывают результаты исследований, проведенных на базе Санкт-Петербургского государственного университета, полученное по формуле (2) условие может быть выполнено при выборе частоты повторения импульсов в диапазоне 1 кГц - 1 МГц, скважности импульсов >2 и концентрации молекул молекулярной добавки <10% от концентрации атомов инертного газа.

Заявленный способ получения оптического излучения поясняется также чертежом, на котором приведена светоотдача разряда в смеси паров воды с аргоном при питании разряда постоянным напряжением и импульсно-периодическим напряжением при различных скважностях импульсов и различных концентрациях молекулярной добавки (молекул воды). Давление аргона равнялось 1 Top, частота повторения импульсов составляла 5 кГц, длительность импульсов изменялась и составляла 36 мкс, 50 мкс, 100 мкс. Значение τpulse/T=1 соответствует разряду постоянного тока. Давление паров воды в разрядной камере определялось температурой стенок разрядной трубки. Светоотдача разряда в смеси паров воды с аргоном при питании разряда постоянным напряжением и импульсно-периодическим напряжением при различной температуре стенок разрядной трубки.

Чертеж показывает, что в разряде постоянного тока рост температуры стенок приводит к увеличению световой отдачи, как это и наблюдалось ранее [10, 11]. Переход к импульсно-периодическому режиму увеличивает световую отдачу, при этом в относительной мере увеличение больше при низких температурах, однако в абсолютной мере при более высокой температуре стенок световая отдача выше (см. измерения при 50°C). Таким образом, импульсно-периодический способ питания газового разряда с молекулярной излучающей добавкой обеспечивает положительный эффект.

Технический результат подтверждается конкретными примерами реализации, проведенными, как указано выше, на базе Санкт-Петербургского государственного университета.

Пример 1.

Разряд создавался в цилиндрической стеклянной трубке диаметром 2.54 см и длиной 25 см. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, чувствительным к излучению молекул гидроксила 306.4 нм. Разрядный ток составлял 0.3 А, напряжение на трубке - 66 В. Разрядная колба наполнена аргоном при давлении 1 Top, давление паров воды соответствует температуре стенок колбы 50°С. Световая отдача при питании постоянным током равна 38 лм/Вт. Переход к импульсно-периодическому напряжению питания с параметрами: частота повторения импульсов 10 кГц, длительность импульсов 50 мкс и токе в импульсе 0.3 А, напряжение в импульсе 110 В, - увеличивал световую отдачу до 46 лм/Вт.

Пример 2.

Разряд создавался в цилиндрической стеклянной трубке диаметром 2.54 см и длиной 35 см. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, чувствительным к излучению молекул гидроксила 306.4 нм. Разрядный ток составлял 0.15 А, напряжение на трубке - 94 В. Разрядная колба наполнена аргоном при давлении 2 Top, давление паров воды соответствует температуре стенок колбы 50°С. Световая отдача при питании постоянным током равна 35 лм/Вт. Переход к импульсно-периодическому напряжению питания с параметрами: частота повторения импульсов 10 кГц, длительность импульсов 50 мкс и токе в импульсе 0.15 А, напряжение в импульсе 138 В, - увеличивал световую отдачу до 41 лм/Вт.

Пример 3.

Разряд создавался в цилиндрической стеклянной трубке диаметром 1.5 см и длиной 20 см. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, чувствительным к излучению молекул гидроксила 306.4 нм. Разрядный ток составлял 0.2 А, напряжение на трубке - 83 В. Разрядная колба наполнена аргоном при давлении 1 Top и неоном при давлении 0.5 Top, давление паров воды соответствует температуре стенок колбы 50°С. Световая отдача при питании постоянным током равна 37 лм/Вт. Переход к импульсно-периодическому напряжению питания с параметрами: частота повторения импульсов 20 кГц, длительность импульсов 20 мкс и токе в импульсе 0.2 А, напряжение в импульсе 162 В, - увеличивал световую отдачу до 43 лм/Вт.

Технико-экономическая эффективность заявленного изобретения состоит в повышении эффективности генерации оптического излучения молекулярной добавкой и экологической безопасностью источников оптического излучения, использующих заявляемый способ. Достижение такого результата позволяет использовать заявленный способ при создании новых и эффективных экологически безопасных источников оптического излучения (источников света) и найдет широкое применение в промышленном и бытовом освещении.

Список использованной литературы

1. Г.Н.Рохлин. Разрядные источники света. - М., Энергоатомиздат, 1991, 720 с.

2. Д.Уэймаус. Газоразрядные лампы. - М.: Энергия, 1977, 344 с.

3. Лампы газоразрядные. Каталог 09.5.01-80. М.: Информэлектро. 1980; Каталог 09.50.07-75. М.: Информэлектро. 1975.

4. Patent US No. 7439663.

5. Patent US No. 6483253.

6. Patent Japan No. JP 6338300(A).

7. Patent US No. 6476565.

8. Патент СССР № SU 1398758.

9. Патент РФ № RU 2074454 (прототип).

10. Е.Artamonova, Т.Artamonova, A.Beliaeva, D.Michael, М.Khodorkovskii, A.Melnikov, V.Milenin, S.Murashov, L.Rakcheeva, N.Timofeev and G.Zissis. J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2009) 315068.

11. Е.Artamonova, Т.Artamonova, A.Beliaeva, D.Michael, М.Khodorkovskii, A.Melnikov, V.Milenin, S.Murashov, L.Rakcheeva, N.Timofeev and G.Zissis. J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 204175.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 11-17 из 17.
09.06.2019
№219.017.7e8c

Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для определения эффективного атомного номера материала

Использование: для рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала. Сущность заключается в том, что осуществляют облучение исследуемого материала характеристическим или смешанным рентгеновским излучением и регистрацию вторичного спектра рассеянного излучения, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002432571
Дата охранного документа: 27.10.2011
13.06.2019
№219.017.82a8

Способ неинвазивной дифференциальной диагностики патологии лимфатических и венозных сосудов нижних конечностей

Изобретение относится к области медицины, а именно функциональной диагностике. Определяют сосудистую недостаточность посредством определения типа микроциркуляции кожи нижних конечностей методом зондирующего излучения с фиксированной плотностью, получения аналогового сигнала в виде кривой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002445918
Дата охранного документа: 27.03.2012
13.06.2019
№219.017.82ac

Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологии локализованного нанесения металлических слоев или сложных структур на диэлектрические поверхности. Техническим результатом изобретения является повышение точности задаваемой ширины дорожек и управление составом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002444161
Дата охранного документа: 27.02.2012
19.06.2019
№219.017.8616

Широкополосный гидроакустический преобразователь

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию широкополосных гидроакустических преобразователей и антенн, и может найти применение при проведении океанологических исследований, в качестве антенн гидроакустических станций различного назначения, а также - для систем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393645
Дата охранного документа: 27.06.2010
19.06.2019
№219.017.861a

Гидроакустический преобразователь волноводного типа

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию гидроакустических преобразователей и антенн, и может найти применение при проведении океанологических исследований, в качестве антенн гидроакустических станций различного назначения, а также - для систем звукоподводной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393644
Дата охранного документа: 27.06.2010
19.06.2019
№219.017.8a07

Способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана

Изобретение относится к способам получения фотокатализаторов. Описан способ получения фотокатализатора на основе нанокристаллического диоксида титана, заключающийся в приготовлении водного раствора сульфата титанила с концентрацией 0,1-1,0 моль/л, добавлении в раствор кислоты до получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408428
Дата охранного документа: 10.01.2011
19.06.2019
№219.017.8a0a

Способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана

Изобретение относится к способам получения фотокатализаторов. Описан способ получения фотокатализатора на основе диоксида титана, заключающийся в приготовлении водного раствора сульфата титанила с концентрацией 0,1-1,0 моль/л, добавлении в раствор кислоты до получения концентрации 0,15-1 моль/л...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408427
Дата охранного документа: 10.01.2011
Показаны записи 11-12 из 12.
25.06.2020
№220.018.2aac

Применение cas9 белка из бактерии pasteurella pneumotropica для модификации геномной днк в клетках

Изобретение относится к биотехнологии и описывает новую бактериальную нуклеазу системы CRISPR-Cas9 из бактерии , а также ее применение для образования строго специфичных двунитевых разрывов в молекуле ДНК. Данная нуклеаза обладает необычными свойствами и может быть использована для изменения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724470
Дата охранного документа: 23.06.2020
12.04.2023
№223.018.4665

Приточно-вытяжное вентиляционное устройство с рекуперацией теплоты

Изобретение относится к области вентиляции с применением энергосберегающих технологий. Приточно-вытяжное вентиляционное устройство, оснащенное вентилятором и рекуператором теплоты вытяжного воздуха, при этом устройство дополнительно снабжено расширительной камерой, устанавливаемой на выходе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002732179
Дата охранного документа: 14.09.2020
+ добавить свой РИД