Modern ultraviolet technologies use in medicine, microelectronics, and military applications require an increase in efficiency of UV radiation generation by pulsed xenon discharges in the 200–300 nm spectral range. In this work, the estimates of brightness temperature are calculated. It was demonstrated that in order to achieve maximum radiation output in this spectral region, a brightness temperature of 20 000 K is needed. Investigation of mass-produced pulsed xenon lamps have revealed that their brightness temperature ranges from 7500 to 8500 K with an electric discharge power up to 1000 W. It has been found that the required brightness temperature can be obtained using pulsed short arc and capillary discharges. The main designs of these flash-lamps and the results of experiments on their spectral and electrical characteristics confirming the accuracy of the calculated estimates are presented. It was shown that in the case of a short arc flash-lamp filled with xenon at a pressure of 4 atm, the brightness temperature of 20 000 K is achieved, and in a capillary discharge filled with xenon at a pressure of 350 Torr the brightness temperature is 14 500 K. The main directions for improvement of the gas-discharge lamps under study, including the use of new materials and methods to maintain the discharge, are given.
Sergei V. Gavrish
Scientific and Industrial Enterprise “Melitta” LTD, Russia, 117437, Moscow, Miklukho-Maklaya st., 16/10, bld. 1)
Alexey O. Potapenko
Scientific and Industrial Enterprise “Melitta” LTD, Russia, 117437, Moscow, Miklukho-Maklaya st., 16/10, bld. 1)
Polina A. Chilikina
Scientific and Industrial Enterprise “Melitta” LTD, Russia, 117437, Moscow, Miklukho-Maklaya st., 16/10, bld. 1)
Sergei G. Shashkovskiy
Scientific and Industrial Enterprise “Melitta” LTD, Russia, 117437, Moscow, Miklukho-Maklaya st., 16/10, bld. 1)
1. Тутельян А. В., Акимкин В. Г., Марьин Г. Г. От внутрибольничных инфекций до инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи: научное развитие проблемы. Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2019;(1):14–22. https://doi.org/10.18565/epidem.2019.9.1.14-22. EDN: ZAGZDV.
Tutelyan A. V., Akimkin V. G., Marin G. G. Fr om hospital-acquired infections to healthcare-associated infections: Scientific development of the problem. Epidemiologiya i infektsionnye bolezni. Aktual'nye voprosy = Epidemiology and Infectious Diseases. Current Items. 2019;(1):14–22. (In Russ.). https://doi.org/10.18565/epidem.2019.9.1.14-22
2. Bolton J. R., Stefan M. I. Fundamental photochemical approach to the concepts of fluence (UV dose) and electrical energy efficiency in photochemical degradation reactions. Res. Chem. Intermed. 2002;28(7–9):857–870. https://doi.org/10.1163/15685670260469474
3. Маршак И. С. (авт., ред.), Дойников А. С., Жильцов В. П. и др. Импульсные источники света. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. 472 с.
Marshak I. S. (auth., ed.), Doynikov A. S., Zhil’tsov V. P. et al. Pulse light sources. 2nd ed., rev. and upd. Moscow: Energiya Publ.; 1978. 472 p.
4. Камруков А. С., Козлов Н. П., Шашковский С. Г., Яловик М. С. Высокоинтенсивные плазменно-оптические технологии для решения актуальных экологических и медико-биологических задач. Безопасность в техносфере. 2009;(3):31–38. EDN: JGXYMW.
Kamrukov А. S., Kozlov N. P., Shashkovskiy S. G., Yalovik М. S. High-level plasma and optical technologies for solving topical ecological and biomedical problems. Bezopasnost’ v tekhnosfere = Safety in Technosphere. 2009;(3):31–38. (In Russ.).
5. Архипов В. П., Камруков А. С., Козлов Н. П., Шашковский С. Г., Яловик М. С. Плазменно-оптические технологии обеззараживания и обезвреживания объектов среды обитания. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2011;(S3):120–134. EDN: WEOQDF.
Arkhipov V. P., Kamrukov A. S., Kozlov N. P., Shashkovskiy S. G., Yalovik M. S. Plasma-optical technologies for disinfection and decontamination of habitat objects. Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Seriya Mashinostroenie = Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Mechanical Engineering. 2011;(S3):120–134. (In Russ.).
6. Ушаков И., Новикова Н., Шашковский С. Стерилизующий свет. Наука в России. 2011;(6):11–16.
Ushakov I., Novikova N., Shashkovskiy S. Sterilizing light. Nauka v Rossii. 2011;(6):11–16. (In Russ.).
7. Гольдштейн Я. А., Голубцов А. А., Киреев С. Г., Шашковский С. Г. Новое поколение импульсных ультрафиолетовых установок серии «Альфа» для оперативного обеззараживания воздуха и поверхностей помещений. Медицинский альманах. 2019;(3-4):95–98. EDN: QWMESA.
Goldshtein Ya. A., Golubtsov A. A., Kireev S. G., Shashkovskij S. G. The new generation of pulsed ultraviolet systems of the Alpha series for the operational disinfection of air and indoor surfaces. Meditsinskiy al’manakh. 2019;(3-4):95–98. (In Russ.).
8. Ванюков М. П., Мак А. А., Садыкова А. И. Предельные яркости канала искрового разряда. Докл. АН СССР. 1960;135(3):557–559.
Vanyukov M. P., Mak A. A., Sadykova A. I. Lim it brightness values in a spark discharge channel. Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1960;135(3):557–559. (In Russ.).
9. Ванюков М. П., Мак А. А. Импульсные источники света высокой яркости. УФН. 1958;66:301–329. https://doi.org/10.3367/UFNr.0066.195810f.0301
Vanyukov M. P., Mak A. A. High-intensity pulsed light sources. Sov. Phys. Usp. 1958;1(1):137–155. https://doi.org/10.1070/PU1958v001n01ABEH003090
10. Маршак И. С. Сильноточные импульсные (искровые) разряды в газах, применяемые в импульсных источниках света. УФН. 1962;77:229–286. https://doi.org/10.3367/UFNr.0077.196206b.0229
Marshak I. S. Strong-current pulse (spark) discharges in gas, used in pulse light sources. Sov. Phys. Usp. 1962;5(3):478–514. https://doi.org/10.1070/PU1962v005n03ABEH003434
11. Киреев С. Г., Архипов В. П., Шашковский С. Г., Козлов Н. П. Измерение спектрально-энергетических характеристик импульсных источников излучения сплошного спектра. Фотоника. 2017;(8):48–56. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.68.8.48.56. EDN: ZVMXBH.
Kireev S. G., Arkhipov V. P., Shashkovsky S. G., Kozlov N. P. Measurement of spectral and energy characteristics of pulsed radiation sources of continuous spectrum. Fotonika = Photonics Russia. 2017;(8):48–56. (In Russ.). https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.68.8.48.56
12. Гавриш С. В., Киреев С. Г., Потапенко А. О., Шашковский С. Г. Исследование характеристик импульсного источника УФ-излучения на основе короткодугового разряда в ксеноне. Успехи прикладной физики. 2023;11(6):503–510. https://doi.org/10.51368/2307-4469-2023-11-6-503-510. EDN: JQHLUG.
Gavrish S. V., Kireev S. G., Potapenko A. O., Shashkovsky S. G. Investigation of the characteristics of a pulsed UV radiation source based on an unlimited short-arc discharge in xenon. Plasma Phys. Rep. 2024;50:662–666. https://doi.org/10.1134/S1063780X24600440
13. Гаврилова Л. И., Гребеньков В. С., Дойников А. С. и др. Спектральное распределение и УФ-энергия излучения неограниченных импульсных разрядов. In: Импульсная фотометрия: сб. статей. Л.: Машиностроение; 1978, вып. 5, с. 145–151.
Gavrilova L. I., Greben’kov V. S., Doynikov A. S. et al. Spectral distribution and UV energy of radiation from unconfined pulsed discharges. Impul’snaya fotometriya: collected papers. Leningrad: Mashinostroenie Publ.; 1978, iss. 5, pp. 145–151. (In Russ.).
14. Андреев С. И., Ванюков М. П. Применение искрового разряда для получения интенсивных световых вспышек длительностью 10–7–10–8 сек. ЖТФ. 1962;32(8):967–974.
Andreev S. I., Vanyukov M. P. Spark discharge of an intensive light flash of 10–7 to 10–8 sec. Zhur. Tekh. Fiz. 1962;32(8):967–974. (In Russ.).
15. Гавриш С. В. Разрядные источники излучения с сапфировой оболочкой. Прикладная физика. 2011;(4):42–51. EDN: NYDMDT.
Gavrish S. V. Discharge sources of radiation with a sapphire capsule. Applied Physics (Prikladnaya Fizika). 2011;(4):42–51. (In Russ.).
16. Зимаков В. П., Кузнецов В. А., Соловьев Н. Г., Шемякин А. Н., Шилов А. О., Якимов М. Ю. Оптические разряды, поддерживаемые излучением лазеров ближнего ИК-диапазона. Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014;15(5):1. EDN: UCBLUF.
Zimakov V.P., Kuznetsov V. A., Solovev N. G., Shemyakin A. N., Shilov A. O., Yakimov M. Yu. Optical discharges sustained by near-IR band laser radiation. Fiziko-khimicheskaya kinetika v gazovoy dinamike = Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics. 2014;15(5):1. (In Russ.).