ИСТОЧНИК УФ ИЗЛУЧЕНИЯ С ЭНЕРГИЕЙ ФОТОНОВ 7-15 эВ

Введение
Интерес к разработке источников коротковолнового УФ излучения обусловлен бурным развитием фотохимических и фотофизических технологий в квантовой электронике, микроэлектронике, нефтехимии, медицине, экологии при очистке воды и воздуха, а также при фотосинтезе озона [1-7]. Генерация широкоапертурных фотонных пучков с энергией Еф = 7-15 эВ существенно расширяет потенциальные возможности фотохимических и фотофизических технологий и устройств. При помещении предлагаемых источников УФ в лазерную или плазмохимическую среду реализуется режим оптической накачки или поддержания несамостоятельного разряда за счет фотоионизации газовых присадок с потенциалом фотоионизации свыше UI ³ 9,25 эВ (NO) - 10,15 (NH3) - 12,1 эВ (О2,Xe). При генерации фотонов с энергией Еф ³ 10 -15 эВ увеличивается коэффициент фотоэмиссии, приближаясь к значению g ~ 0,1, что можно использовать при создании эффективных фотокатодов в электронных ускорителях [8]. Предлагаемый открытый импульсно-периодический источник УФ на основе линейки или матрицы излучающих Z-микропинчей плазмы (N ~ 100) [9,10] представляет собой тепловой источник и его спектр излучения близок к спектру излучения абсолютно черного тела [11].
Источники УФ излучения
В процессе расчетно-теоретических и экспериментальных исследований [9,10] изучен и установлен механизм генерации фотонов с энергией Еф >10 эВ, разработаны эффективные источники УФ на основе многозазорного разряда, рис. 1-3.
Рис. 1. Линейный источник УФ излучения с двойным разрядом на основе матрицы Z-микропинчей. Электроды накоротко подсоединены к емкостному накопителю энергии С. Основной сильноточный разряд малоиндуктивного RCL- контура управляется барьерным разрядом
Рис. 2. Источник УФ излучения с двойным разрядом на основе матрицы Z-микропинчей.
Источник УФ излучения, рис.2, содержит матрицу разрядных промежутков N = 90 на площади S = 10 х 10 см. Схема организации разряда представляет собой двойной разряд, когда возможен режим барьерного разряда и последующее инициирование сильноточного разряда при подключении емкостного накопителя энергии. Параметры плазмы могут изменяться от хаpaктеристик барьерного разряда до хаpaктеристик сильноточного разряда короткой длительности (Z-микропинч). Режим работы источника плазмы определяется схемой питания барьерного разряда и может быть импульсно-периодическим с частотой до f ~ 104 Гц при длительности импульсов разряда t = 0,1- 1мкс и энерговкладе в отдельный разрядный промежуток W ~ 0,01мДж. В зависимости от режима работы потрeбляемая электрическая мощность составляет Р =10 - 103 Вт.
Рис. 3. Внешний вид моделей линейного и кольцевого источников УФ. Потрeбляемая мощность одной линейки или кольца до 100 Вт при напряжении до 3 кВ. Искровые промежутки организованы с зазором 0,2-0,3 мм и шагом 1 см. Импульсно-периодические разряды с частотой f = 1 кГц происходят между шайбами из Мо диаметром 3 мм. Искровые промежутки собраны с конденсаторами К15-5 (3.3 нФ, 3 кВ) по схеме Аркадьева-Маркса.
Найдены физико-технические способы быстрого подвода повторяющихся с высокой частотой импульсов тока к матрице микрошнуров плазмы, рассредоточенных на поверхности с плотностью порядка 1 см-2. В моноимпульсе реализован режим квазистационарного состояния микрошнуров плазмы, рис.4, с радиусом R ~ 0, 2 мм в течение примерно 200 нс, что позволяет обеспечить температуру излучающей плазмы до 1- 5 эВ и выше, рис.4. Найдены способы резкого снижения паразитной индуктивности разрядного RCL - контура и повышения частоты следования импульсов разряда и излучения до f ³10 кГц. Возможен режим оптимизации температуры плазмы и спектрального состава излучения за счет изменения параметров разрядного промежутка, параметров RCL - контура и состава рабочей смеси газов.
Рис. 4. Динамика расширения плазменного микрошнура. Излучающий разряд в воздухе, разрядный промежуток - 0,5 мм, апериодический импульс тока с амплитудой 750 А имел длительность 400 нс. Экспозиция - 10 нс, интервал между кадрами - 100 нс.[12].
Фотоионизационное возбуждение СО2-лазеров
Известно [13], что только с помощью слаботочных пучков быстрых электронов с энергией Ее >100 кэВ можно обеспечить поддержание непрерывных (импульсно-периодических) электроионизационных разрядов в потоке плотных газов. Нами получен квазинепрерывный режим горения разряда в смеси N2:NH3 (0,1%), р ~ I атм, при частоте следования импульсов УФ излучения f ≥ 10 кГц [1], показана принципиальная возможность квазинепрерывной генерации импульсно-периодического СО2 - лазера, рис.5,6. По сравнению с электроионизационным разрядом осуществить фотоионизационный разряд технически гораздо проще, однако требуется достаточно точное согласование параметров внешнего источника ионизации (УФ ионизатора) с параметрами газоразрядной камеры, оптимизация химического состава возбуждаемой смеси газов. К очевидным преимуществам фотоионизационной системы накачки по сравнению с электроионизационным способом возбуждения мощных газовых лазеров повышенного давления можно отнести малые весо-габаритные параметры, отсутствие высоковакуумной и высоковольтной техники, отсутствие рентгеновского излучения.
Отличие нашего подхода [1] к разработке фотоионизационной системы накачки по сравнение с известными [14], заключалось в том, что в процессе исследований был разработан эффективный источник коротковолнового УФ излучения для спектрального диапазона Δ λ ≈ 100 - 135 нм, обусловленного спектрами пропускания и фотопоглощения газовых компонент, входящих в состав СО2 (СО) - лазерных сред. Использование более коротковолнового УФ излучения позволило перейти к молекулярным и атомарным газовым присадкам с низкой температурой кипения ( NO, NH3, C2H4, O2, Xe). Такое направление исследований привело к принципиально новым результатам. Определены оптимальные условия, при которых энергетические затраты на фотоионизацню СО2(СО) -лазерных сред составили величину порядка 10% от энерговклада в объемный разряд. Переход от паров органических легкоионизуемых соединений [14] к газообразным присадкам снимал технические трудности, связанные с охлаждением лазерных сред, их дозировкой и смешением в проточных системах. Устойчивость квазинепрерывного фотоионизационного разряда оказалась выше, чем в несамостоятельных разрядах, контролируемых пучком быстрых электронов. Этот факт, а также возможность осуществления более однородной ионизации за счет применения встречных пучков фотонов делает данную систему накачки достаточно эффективной и перспективной.
Необходимо отметить, что благодаря применению фотонных пучков (электрически нейтральных) отсутствует обратное воздействие магнитного поля объемного разряда на прохождение ионизирующего излучения. Это позволяет создавать импульсные лазеры с любым заданным объемом активной среды с повышенным давлением ( р ³ I атм). Известно, что в электроионизационных крупномасштабных лазерах, предназначенных для исследований в области лазерного термояда, не удалось получить заданную энергию излучения из-за воздействия собственного магнитного поля объемного разряда на траекторию быстрых электронов.
Дальнейшее развитие работ, связанных с фотоионизационной системой накачки, может идти по пути оптимизации параметров УФ источника и выбора режимов поддержания электрического поля в объемном разряде. В режиме "дежурного" напряжения на электродах газоразрядной камеры предельное значение параметра Е/р = 5-7 кВ/см атм в зависимости от рода присадки. Представляет интерес исследование режимов накачки в более широком диапазоне Е/Р за счет перехода к импульсному питанию объемного разряда. Другая возможность развития работ связана как с повышением интенсивности коротковолнового УФ излучения, так и с увеличением энергии фотонов до уровня Еф ~ 20 эВ. В этом случае возможна ионизация инертных газов (Хе, Kr, Ar) и поиск на этой основе новых лазерных сред, генерирующих в более коротком диапазоне длин волн.
Экспресс-инактивация микроорганизмов
Вопросам стерильности в медицине и современных производствах уделяется самое пристальное внимание. Например, стерилизация СБИС перед упаковкой в корпус сохраняет элементы микроэлектроники от окислительных процессов и обеспечивает их длительный ресурс работы в течение десятков лет. Стерилизация с помощью УФ в отличие от стерилизации химикатами действует на все микроорганизмы. Биологический эффект УФ излучения зависит от его спектра, а время инактивации микроорганизмов от интенсивности источника.
В настоящее время в медицине, биологии и микроэлектронике широко применяются источники УФ излучения на основе парортутных ламп низкого давления [15]. Эти бактерицидные лампы имеют высокий коэффициент полезного действия, однако их спектр испускания, сосредоточенный в линии λ= 254 нм достаточно хорошо согласован лишь со вторым более слабым пиком фотопоглощения ДНК микроорганизмов, рис.7, интенсивность УФ излучения ограничена из-за самопоглощения в парах ртути, наличие ртути делает их экологически опасными устройствами.
Рис. 5. Фотоионизационная система возбуждения лазерных и плазмохимических сред. При работе со смесью N2 : NH3 (0,05 %), р = 05 - 1 атм, достигнут удельный энерговклад: W = 0,5 - 0,6 Дж/см3∙атм при Е/р = 5-7 кВ/см.атм.
а. б. в.
Рис. 6. Хаpaктерные осциллограммы импульсов ионизации, накачки и генерации (фотоионизационный лазер [1]): а.- импульсы УФ излучения и тока фотоионизационного разряда при f =10 кГц; б. - импульсы разрядного тока и генерации СО2 - лазера в моноимпульсе; в. - в цуге импульсов, следующих с частотой f =10 кГц (в). Присадка - NH3.
Исходя из анализа спектров фотопоглощения ДНК, рис. 7, были разработаны плазменные источники УФ с соответствующим спектром испускания, рис. 7. Повышенная бактерицидная эффективность УФ излучения, согласованного с первым пиком поглощения ДНК, была проверена при воздействии на тест-объект (кишечная палочка E-coli) излучения ArF - эксимерного лазера (l=193 нм) [17].
Рис. 7. Хаpaктерный спектр фотопоглощения ДНК микроорганизмов [16]
Рис. 8. Спектр излучения микрошнуров плазмы при работе линейных источников УФ в атмосфере окружающего воздуха.
Опытный образец экспресс-стерилизатор на базе медицинской коробки типа КФ-3 представлен на рис. 9. В качестве плазменного УФ излучателя использовались 8 линейных источников ультрафиолета, расположенных равномерно на внутренней стенке корпуса стерилизатора. Излучение от всех линеек направлено к центру коробки и пронизывает весь рабочий объем стерилизатора. Обpaбатываемый инструментарий размещался на специальном держателе, устанавливаемом в рабочем объеме стерилизатора.
При испытаниях в качестве обеззараживаемого объекта использовался музейный штамм кишечной палочки М-17. Испытания проводились с концентрацией 107 микробных клеток в 1 мл жидкости при нанесении на поверхность металлического стержня примерно в 0,005 мкл исходного раствора. Обработка обеззараживаемого объекта в предложенном экспресс-стерилизаторе в течение 5 секунд вызвала гибель 99,3 % микробных клеток, 10 секунд - 99,8 %, 30 секунд - 99,99 %, 1 минуты - 100 % микробных клеток по сравнению с контрольным высевом на пластинки с питательной средой, рис. 10.
Рис. 9. Экспресс-стерилизатор на базе медицинской коробки КФ-3. Длительность вспышки УФ излучения - 1 мкс, частота следования - 1 кГц, потрeбляемая мощность - 180 Вт.
Рис. 10. Динамика инактивации микроорганизмов в зависимости от дозы УФ.
t1 = 0 c, t2 = 5 c, t3 = 10 c, t4 = 20 c, t5 = 30 c, t6 = 60 c.
Заключение
В процессе исследований использовались лабораторные образцы источников УФ излучения, получены достаточно интересные и перспективные результаты. В тоже время требуется достаточно большая инженерная проработка конструкций, чтобы привлечь внимание заказчиков в промышленности.
Работа поддержана грантом РФФИ № -07-08-00683.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Абросимов Г.В., Рахимов А.Т., Саенко В.Б. и др. Использование импульсно-периодических фотоионизационных разрядов для возбуждения квазинепрерывных газовых лазеров. Квантовая электроника. т. 12, № 11, c. 2256-2263 (1985).
- Ахманов А.С., Саенко В.Б., Ястребов А.А. и др. Лазерный комплекс для специализации интегральных схем // Электронная промышленность. № 4, с. 42 (1992).
- Торховский В.Н., Лихтерева Н.М., Саенко В.Б. К вопросу об использовании УФ/озон технологии. Наука и технология углеводородов. № 4, с. 38-47 (2000).
- Дамбраускас С.Г., Рахимов А.Т., Саенко В.Б. Широкоапертурный источник ультрафиолета для терапии и экспресс-стерилизации медико-биологических объектов. Медицинская физика. № 11, часть VIII., с. 55-56 (2001).
- С.Г. Дамбраускас, А.Т. Рахимов, В.Б. Саенко, А.М. Юдин, Б.П. Яценко. Физические особенности использования источников УФ излучения и озона в системах водоподготовки. В кн.: Физические проблемы экологии (экологическая физика): Сборник научных трудов/ Под ред. В.И.Трухина, Ю.А. Пирогова, К.В. Показеева. - М.: МАКС Пресс, № 13, с. 167 - 175 (2005).
- Е.Н. Савинов. Фотокаталитические методы очистки воды и воздуха. Соросовский образовательный журнал, том 6, стр.52-56 (2006).
- Иванов В.В., Попов Н.А., Саенко В.Б. и др. Исследование процессов образования и гибели озона при фотолизе кислорода в камере ВУФ-озонатора. Письма в ЖТФ, т. 27, вып. 1, с. 65-71 (2001).
- Глотов Е.П., Дегтярев А.Г., Розанов В.Б., Свириденко Ю.П. Электронная пушка с фотокатодом для электроионизационных лазеров. Квантовая электроника. т. 3, № 10, c. 2181-2186 (1976).
- Иванов В.В., Рулев Г.Б., Саенко В.Б. Применение излучающих микрошнуров плазмы для создания открытых широкоапертурных источников УФ. Письма в ЖТФ, т. 21, вып. 7, с. 65-68 (1995).
- В.Б. Саенко. Импульсно-периодический широкоапертурный источник ультрафиолетового излучения на основе матрицы микрошнуров плазмы. Патент РФ на изобретение № 2326463 от 10.06.2008.
- А.Ф. Александров, А.А. Рухадзе. Физика сильноточных электроразрядных источников света. Москва. Атомиздат, 1976.
- Абросимов Г.С., Польский М.М., Саенко В.Б. Использование лазерной среды для фотографирования поверхности, закрытой слоем плазмы. Квантовая электроника, т. 15, № 3, с. 640-641(1988).
- Велихов Е.П., Письменный В.Д., Рахимов А.Т. Несамостоятельный газовый разряд, возбуждающий непрерывные СО2-лазеры. УФН,т.122, вып. 3, с. 419-502 (1972).
- Галактионов И.И., Горелов В.Ю., Подмошенский И.В. Электрические и генерационные хаpaктеристики фотоионизационного СО2-лазера. Квантовая электроника, т. 3, № 12, с. 2570-2575 (1978).
- Рабек Я. Экспериментальные методы в фотохимии и фотофизике. Москва, «Мир», т.2, 1985.
- Бенсассон Р. и др. Флеш-фотолиз и импульсный радиолиз. Москва, «Мир», 1987.
- В.Ю.Гусев, А.Т.Рахимов, Г.Б.Рулев, В.Б.Саенко, А.А.Ястребов. Бактерицидные установки для медицины на основе плазменных источников ультрафиолетового излучения и озона. Конверсия, № 6, с.41-43 (1993).
Статья в формате PDF
173 KB...
09 07 2026 9:13:37
Статья в формате PDF
103 KB...
08 07 2026 2:14:20
Статья в формате PDF
104 KB...
07 07 2026 8:29:18
Статья в формате PDF
106 KB...
05 07 2026 23:15:40
Статья в формате PDF
107 KB...
03 07 2026 17:22:19
Статья в формате PDF
275 KB...
02 07 2026 7:30:14
Статья в формате PDF
100 KB...
01 07 2026 2:49:24
Статья посвящена решению проблемы рекуперации осадка отстойников целлюлозно-бумажной промышленности. Предложено использовать золу шлам-лигнина в качестве высоко эффективного сорбента сточных вод различного состава.
...
30 06 2026 15:10:12
Статья в формате PDF
119 KB...
29 06 2026 7:58:28
Статья в формате PDF
103 KB...
28 06 2026 13:54:33
Статья в формате PDF
184 KB...
27 06 2026 2:22:47
Статья в формате PDF
293 KB...
26 06 2026 19:12:39
Статья в формате PDF
204 KB...
25 06 2026 17:38:47
Статья в формате PDF
254 KB...
23 06 2026 4:48:49
Статья в формате PDF
132 KB...
22 06 2026 8:43:50
Статья в формате PDF
114 KB...
21 06 2026 11:13:40
Статья в формате PDF
133 KB...
20 06 2026 23:46:39
19 06 2026 12:50:43
Статья в формате PDF
329 KB...
18 06 2026 19:21:46
Цели исследования: определить нормальную динамику показателей вариабельности ритма сердца в ответ на физиологическую нагрузку у мужчин и женщин. Дать клинико-физиологическую оценку показателей.
Материалы и методы. Нами было обследованы 48 здоровых пациентов, из них 32 – мужчины, 16 – женщины. Средний возраст 46 (± 3,6) года. Исследование проводилось на комплексе суточного мониторирования ЭКГ «ДНК» с программой вариабельности сердечного ритма при проведении лестничных проб. Определяли: ЧСС ночью и на нагрузке, депрессию ST, параметры ОНЧ, НЧ, ВЧ, НЧ/ВЧ – как в покое, так и на нагрузке, SDNN и pNN50 за сутки.
Результаты. Обнаружено, что на нагрузках значительно повышается мощность ОНЧ (на 80,4%, t – 2,6) и синнергично снижается мощность НЧ (на 72%, t – 1,7) и ВЧ (на 65%, t – 1,6). Пoлoвых различий не выявлено (t – 0,8).
Заключение: показатель «ОНЧ» отражает реализацию синусовым узлом симпатических влияний. «ВЧ» отражают активность парасимпатической нервной системы (что соответствует литературным данным). Показатель «Низкие Частоты» не может служить маркером активности симпатической системы (как предлагается в литературе), а скорее отвечает за реализацию вагуса или иной тормозящей структуры. НЧ/ВЧ не может служить показателем вегетативного баланса.
...
17 06 2026 7:46:41
16 06 2026 5:24:43
Статья в формате PDF
265 KB...
15 06 2026 8:32:42
Рассмотренные в статье особенности геологического строения и металлогении Восточной Тувы, в пределах которой сосредоточены перспективные объекты золото-медно-молибден-порфировой рудной формации, позволяют выделить золото-медно-молибденовую провинцию площадью около 70 тыс. км2. Приведена технология обогащения руды, которая обеспечивает высокие показатели извлечения золота, серебра, меди (общее извлечение в концентраты Au – 99,2 %, Ag – 92,0 %, Cu – 80,2 %). Полученный концентрат хаpaктеризуется высокими содержаниями меди (50 %), а также золота и серебра, что позволяет относить концентрат к медным концентратам высшей марки КМО (ГОСТ 48-77-74).
...
14 06 2026 13:35:31
В статье представлены актуальные данные о проблеме урогeнитaльного xлaмидиоза. Рассмотрены современные вопросы эпидемиологии, патогенеза и терапии инфекции.
...
13 06 2026 2:51:14
Статья в формате PDF
112 KB...
12 06 2026 10:28:29
Статья в формате PDF
136 KB...
11 06 2026 7:19:12
Слепая кишка белой крысы имеет форму изогнутого чаще вправо конуса или рога, илеоцекальный угол располагается по средней линии или рядом с нею. Реже полукольцевидная слепая кишка крысы находится влево от средней линии и петель подвздошной кишки.
...
10 06 2026 9:32:47
07 06 2026 0:28:53
Статья в формате PDF
136 KB...
06 06 2026 8:48:28
В статье освещаются спopные вопросы платности медицинской помощи в отечественном здравоохранении. Проанализировано мнение пациентов крупного в Южном Федеральном округе лечебно-профилактического учреждения, ОКБ № 1. Определены пути распределения денежных потоков, которые порождают диссонанс в отношениях населения к организации медицинской помощи в России: в то время, как медицина по закону является бесплатной, на деле почти половину расходов пациентам приходится брать на себя, при низком сервисе обслуживания и качестве оказываемых медицинских услуг.
...
05 06 2026 2:44:19
Статья в формате PDF
142 KB...
04 06 2026 5:27:13
Статья в формате PDF
115 KB...
03 06 2026 20:34:41
Цитомедины – это биологически активные соединения, продуцируемые органами и тканями, способные влиять на течение физиологических и биохимических процессов в организме для поддержания гомеостаза. Экспериментально выявлено, что пептиды (цитомедины), выделенные из тканей печени и сердца животных, влияют на адгезивные свойства клеток крови – увеличивают количество лейкоцитарно-эритроцитарных (ЛЭА), тромбоцитарнo-эритроцитарных (ТЭА) и лимфоцитарно-тромбоцитарных (ЛТА) агрегатов. Феномен лимфоцитарно-тромбоцитарной адгезии является ярким примером тесной взаимосвязи иммунитета и гемостаза, являющихся составными частями единой интегральной клеточно-гумopaльной системы защиты организма.
...
02 06 2026 23:57:50
Статья в формате PDF
198 KB...
01 06 2026 2:26:23
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::