Газоразрядная безэлектродная высокочастотная лампа

 

Использование: лампы, излучающие спектры химических элементов, предназначены для использования в спектральной технике, в атомно-абсорбционной аппаратуре , в гониометрах-спектрофотометрах, Сущность изобретения: лампа имеет герметичную колбу, наполненную водородом. Внутри колбы установлен полый вклздыш с отверстием. По всему объему зазора между вкладышем и стенкой колбы (за исключением зоны выхода излучения) распределены диэлектрические элементы, например, из гранул стекла. При подаче на внешний ВЧ- контур напряжения от ВЧ-генератора в полости вкладыша зажигается ВЧ-разряд в водороде, при этом излучаются спектральные линии водорода. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

CO)03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))s Н 01 J 65/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ql

С)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4905048/07 (22) 13.12.90 (46) 30.08.92, Б)ол. № 32 (71) Особое конструкторское бюро при заводе "Разряд" (72) М.А, Хузмиев и Ь.X. Хузмиева (56) Патент США ¹ 3042829, кл. 313 — 221, 1962, Авторское свидетельство СССР № 1642537,кл. Н 01 ) 65/04, 1989. (54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ БЕЗЭЛЕКТРОДНАЯ

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЛАМПА (57) Использование: лампы, излучающие спектры химических элементов, предназнаИзобретение относится к электротехнике, а именно к газоразрядным лампам без электродов внутри баллона, излучающим спектры химических элементов и предназначенным для использования в спектральной технике в атомно-абсорбционной аппаратуре, в гониометрах-спектрометрах и т. д.

Известна лампа, содержащая герметичную цилиндрическую колбу из оптически прозрачного материала, наполненную рабочим газом, в которой установлен цилиндрический полый вкладыш из оптически прозрачного материала, снабженный осевым отверстием.

Однако если B качестве наполнителя использован водород, долговечность лампы оказывается малой (15 — 25 ч).

Это связано с уменьшением количества водорода за счет его диффузии через стенки колбы наружу. В результате снижается интенсивность излучения спектральных линий

„„!Ы„„1758709 А1 чены для использования в спектральной технике, в атомно-абсорбционной аппаратуре, в гониометрах-спектрофотометрах, Сущность изобретения: лампа имеет герметичную колбу. наполненную водородом.

Внутри колбы установлен полый вкладыш с отверстием. По всему обьему зазора между вкладышем и стенкой колбы (за исключением эоны выхода излучения) распределены диэлектрические элементы, например, из гранул стекла. При подаче на внешний ВЧконтур напряжения от ВЧ-генератора в полости вкладыша зажигается ВЧ-разряд в водороде, при этом излучаются спектральные линии водорода. 1 з. и. ф-лы, 1 ил. водорода, а затем наблюдается погасание лампы без возможности ее повторного зажигания.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является газоразрядная безэлектродная ВЧ-лампа, содержащая выполненные из оптически прозрачного материала герметичную цилиндрическую колбу, наполненную водородом, и установленный внутри нее с зазором цилиндрический полый вкладыш с осевым отверстием, причем величина указанного зазора составляет 0,01 — 0,08 внутреннего диаметра колбы, а наружная поверхность вкладыша отделена от внутренней поверхности колбы диэлектрическими элементами, суммарная поверхность соприкосновения которых с внутренней поверхностью колбы не превышает 0,006 ее поверхности. Диэлектрические элементы представляют собой выступы над поверхностью вкладыша. Как показали испытания, долговечность таких

1758709

10

25

35

55 водородных ламп увеличивается до 100-120 часов.

Недостатки известной лампы заключается в следующем.

Так как рабочий объем мало отличается от общего внутреннего объема лампы (иэ-за небольшой величины зазора между вкладышем и колбой, увеличение которого сверх указанного приводит к возникновению ВЧ разряда, в объеме зазора, при этом повышение срока службы не достигается), создать запас водорода, обеспечивающий дальнейшее повышение срока службы, возможно лишь путем увеличения общего объема,лампы. Однако при этом возрастают габариты лампы (в частности, не обеспечивается унификация с выпускаемыми безэлектродными лампами по габаритам), бесполезно возрастают размеры светящегося тела. значительно увеличивается необходимая для горения лампы ВЧ-мощность, т. е. снижается экономичность лампы. Кроме того. при этом ухудшается стабильность излучения из-за флуктуации плазмы, не полностью занимающей объем колбы, При снижении же с целью унификации габаритов с серийными лампами размеров лампы ее долговечность падает из-за малого запаса водорода. Кроме указанного, известная лампа нетехнологична, т. е, приходится тщательно подгонять размеры вкладыша и колбы, иначе или вкладыш не входит в колбу, или щель превышает допустимую и ВЧ разряд возникает вне объема вкладыша, при этом срок службы резко уменьшается, т, е. надежность лампы оказывается недостаточной.

Цель изобретения — снижение потребляемой мощности и размеров при одновременном повышении надежности, Фказ нная цель достигается тем. что в газоразрядной безэлектродной высокочастотной лампе, содержащей выполненную из оптически прозрачного материала герметичную колбу, наполненную водородом и полый вкладыш с отверстием, установленный внутри нее с зазором. в котором.расположены диэлектрические элементы, указанные диэлектрические элементы распределены по всему обьему зазора за исключением зоны выхода излучения.

В качестве диэлектрических элементов может быть использована стеклянная или кварцевая крошка. Объем зазора может быть. также заполнен стекловолокном или кварцевым волокном, Экспериментально выявлено, что такое выполнение лампы обеспечивает достижение положительного эффекта, являющегося целью изобретения. Объем полости вклады- ° ша, где горит ВЧ-разряд в водороде, может быть уменьшен до 1 — 2 см при общем объез ме лампы, на порядок большем, т..е. относительный запас водорода соответственно повышается, что создает предпосылки для повышения срока службы, однако при этом возникновение разряда вне полости вкладыша исключено из-за сильно затрудненных условий возникновения и горения

ВЧ-разряда в микрополостях между диэлектрическими элементами. Соответственно, надежность лампы повышается, а потребляемая ВЧ-мощность снижается, при этом габариты лампы могут быть одинаковыми с габаритами спектральных безэлектродных ламп ЛВ2, а ее работа может обеспечиваться встроенным в конструкцию лампы ВЧ-генератором, Отсутствие необходимости подгонки размеров, так как величина зазора перестает быть критической и может иметь значительный разброс, значительно повышает технологичность, лампы в условиях серийного производства.

Небольшой разрядный объем лампы полностью занят ВЧ-плазмой, что устраняет условия нестабильности .ее излучения, а уменьшение размеров светящегося тела повышает КПД лампы.

Повышение долговечности может быть объяснено следующим, Известно, что срок службы безэлектродных водородных ламп снижается как из-за высокой проникающей способности водорода и его утечки сквозь разогретые при работе . лампы стенки колбы, так и из-за гидрогенизации стекла, содержащего связанный кислород. В условиях ВЧ безэлектродной лампы, когда плазма разряда непосредственно соприкасается с горячими стенками колбы, атомарный водород, образующийся при диссоциации молекул водорода в разряде, имея наименьший атомный радиус среди всех химических элементов, легко проникает в материал стенки и ускоренно диффундирует до выхода наружу. Поэтому плотность водорода в обьеме колбы быстро снижается со всеми отрицательными последствиями. В предложенной конструкции атомы водорода, пройдя сквозь стенку вкладыша и оказавшись в зазоре между ним и колбой, рекомбинируют в молекулы, т. е,.у стенки колбы присутствует лишь молекулярный водород, проникающая способность которого на порядок меньше, чем атомарного, к тому же температура стенок-колбы значительно ниже, чем температура стенок вкладыша, из-за отдаления от эоны ВЧ-разряда. Поэтому утечка водорода наружу по сравнению с аналогами резко замедляется, молекулярный водород воз1758709

10

50 вращается в разрядный объем через отверстие вкладыша. Что касается гидрогенизации стекла, ее роль в подобной конструкции второстепенна, согласно проведенным исследованиям в спектре излучения лампыпрототипа линии кислорода выражены слабо. В и редложен ной лампе поя вля ется возможность разместить водопоглощающий элемент, находящийся вне разрядного объема. но связанный с газом-наполнителем (этот элемент может выполнять роль одного из диэлектрических элементов).

На чертеже изображен вариант предло>кенной лампы, Газоразрядная безэлектродная ВЧлампа содержит наполненную водородом прозрачную колбу 1, в которой установлен с зазором вкладыш 2, имеющий отверстие 3, В отличие от прототипа, форма как колбы 1, так и вкладыша 2 не является критической, т. е. отпадают жесткие требования к величине зазора между их стенками. В данном варианте вкладыш 2 цилиндрический, но может быть и сферическим, При помощи отростка 4, играющего только крепежную роль, осуществляется фиксация вкладыша 2 в колбе 1, но может быть использовано и другое известное решение. Диэлектрические элементы 5 заполняют все пространство между"вкладышем 2 и колбой 1, кроме зоны 6, через которую выводится излучение лампы, здесь зазор уменьшен так, чтобы диэлектрические элементы 5 не могли проникнуть в него, в результате выходящий поток излучения не ослабляется из-за рассеивания. Выходным может быть и боковой участок колбы 1, в этом случае зазор между вкладышем 2 и колбой 1 уменьшается, соответственно, у боковой стенки. В отличие от прототипа расположение у боковой стенки. В отличие от прототипа распол>кение тверстия 3 не является критическим, оно может быть не осевым, т. к. из-за отдаления вкладыша от колбы 1 возможность достижения атомарным водородом до его рекомбинации стенок колбы 1 практически отсутствует. Также сведена к минимуму возможность проникновения атомарного водорода к стенкам колбы 1 по толще нескольких диэлектрических элементов 5 через эоны их соприкосновения, т, к. существует гораздо большая вероятность того, что атомы водорода при таком движении выйдут обратно в объем лампы и рекомбинируют в молекулы. Поэтому выгодно увеличить величину зазора между вкладышем 2 и колбой 1, но при этом зона разряда отдаляется от внешнего ВЧ-индуктора, поэтому конкретная величина зазора выбирается с учетом конструкции узла возбуждения, рабочей частоты и т. и. В конкретных образцах колба 1 выполнена из кварцевого стекла ее наружный диаметр 16 мм, толщина стенок 1 мм вкладыш 2 также выполнен из кварцевого стекла, его наружный диаметр

10 мм, толщина стенок не более 1 мм.

Выполнение указанных деталей из стекла С-52-1, как в случае прототипа. позволяет практически исключить признаки гидрогенизации стекла, однако технологичность такой лампы ниже иэ-за необходимости тщательного отжига и возможного растрескивания стекла. Диаметр отверстия

3 может быть небольшим, 0,5 — 1 мм, что исключает возможность проникновения диэлектрических элементов 5 в объеме вкладыша 2, но не отражается на нормальной работе лампы из-за высокой текучссгл водорода, Лампы заполнена водородом под давлением 70 — 80 Па, при работе лампы вследствие образующейся разности температур, плотность водорода в объеме вкладыша 2 несколько снижается и является оптимальной для горения ВЧ-разряда и излучения атомных линий водорода. Материал диэлектрических элементов 5 может быть разным; он должен обеспечивать малые потери в ВЧ-поле и практически не взаимодействовать с водородом. В конкретных образцах элементы 5 представляют собой

-частицы кварцевого стекла с поперечными размерами в пределах 0,2-0.5 величины зазора между вкладышем 2 и колбой 1 за исключением зазора в области выхода излучения, где зазор меньше размеров элементов 5. Для увеличения объема водорода элементы 5 целесообразно выполнить в виде сферических гранул, однако и при другой их форме запас водорода по сравнению с прототипом значительно увеличивается.

Еще больше увеличивается запас водорода, если в качестве диэлектрических элементов использовано кварцевое или стекловолокно. но в этом случае обезгаживание лампы при ее откачке усложняется. Выполнение нескольких гранул из силикагеля или другого водопоглощающего материала полностью устраняет влияние гидрогенизации и улучшает характеристики лампы.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на внешний ВЧ-контур напряжения от ВЧ-генератора в полости вкладыша,2 зажигается ВЧ-разряд B водороде, при этом излучаются спектральные линии водорода, прежде всего с длиной вопны

434.0. 486,1 и 656,2 нм. Так как в зазоре, в том числе и в зойе выхода излучения лампы, водород содержится в молекулярном виде, при прохождении через зазор атомного из1758709

Составитель Н.Семенов

Редактор Л.Веселовская Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С. Оско

Заказ 3004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 лучения самопЬглощения линий не происходит.

Предложенная безэлектродная водородная лампа по сравнению с известной более надежна и потребляет меньшую ВЧ- 5 мощность, при этом ее габариты меньше, другие элементы унифицированы с серийными лампами. Это повышает характеристики аппаратуры, где используется лампа, Повышение ее технологичности облегчает 10 ее производство в серийных условиях, Формула изобретения

1. Газоразрядная безэлектродная высокочастотная лампа, содержащая выполнен- 15 ную из оптически прозрачного материала герметичную колбу. наполненную водородом и полый вкладыш с отверстием, установленный внутри нее с зазором, в котором расположены диэлектрические элементы, отличающаяся тем, что, с целью снижения ее потребляемой мощности и размеров при одновременном повышении надежности, укаэанные диэлектрические элементы распределены по всему объему зазора, за исключением зоны выхода излучения.

2. Лампа по и. 1, отличающаяся тем, что в качестве диэлектрических элементов использованы гранулы из стекла.