Визуальный маркер эффективности люминесценции эксиплексных молекул в барьерном разряде в тройных смесях с легким буферным газом. Спектральные и энергетические характеристики излучения многополосных эксиламп барьерного разряда. Эффекты осушки компонентов.
Аннотация к работе
К началу нашей работы (1995 г.) были созданы отдельные образцы эксиламп и проведены широкие исследования действия излучения эксиламп барьерного разряда на различные материалы и среды, используемые в микроэлектронике [16*], заложены основы применения эксиламп в осуществлении фотохимических превращений веществ [17*, 18*], выполнено первое исследование действия излучения эксиламп на микроорганизмы [19*]. В эксилампах, возбуждаемых емкостным разрядом низкого давления (до 10 Торр) с частотами следования импульсов возбуждения десятки-сотни килогерц, в бинарных смесях Xe(Kr)-Br2(Cl2) эффективность излучения B-X полос растет в ряду молекул KRBR*(207 нм), KRCL*(222 нм), XECL*(308 нм) и XEBR*(283 нм), а плотность мощности излучения достигает нескольких десятков МВТ/см2. Зависимость степени инактивации фибробластов Chinese Hamster Ovary (CHO-K1) от поверхностной дозы облучения I2-и XEBR-эксилампами емкостного разряда носит пороговый характер, и для инактивации требуются на 1-2 порядка большие дозы УФ-излучения, чем для бактерий: инактивации препятствуют вещества, нейтрализующие оксиды и свободные радикалы, образующиеся под воздействием УФ-излучения. Ферриоксалатный и метанольный актинометры обеспечивают измерение интенсивности излучения Xe2-, XECL-, KRCL-и XEBR-эксиламп и отличаются тем, что концентрацию фотоактивного вещества определяют электрохимическими методами, при этом линейность световой характеристики химического фотоприемника обеспечивается выбором концентрации фотохимически активного вещества. Достоверность защищаемых положений и других результатов подтверждается: 1) согласием полученных результатов с данными других научных групп при близких условиях, в том числе по оптимальным условиям излучения эксиплексных молекул в барьерном разряде [16*, 20*], по фотолизу растворов органических веществ [17*, 18*], по фотоминерализации органических проб [21*], по УФ-инактивации [19*], по фототерапии псориаза [22*], 2) согласием экспериментальных данных с теоретическими расчетами об оптимальных условиях формирования излучения в эксилампах [23*].1 - Зависимости энергетической светимости полос молекул KRBR и Br2 эксилампы 2, полученные при оптимальных общих давлениях смесей, от доли криптона в смеси: 1 - Kr-Br2 = 100-1; 2 - Kr-Br2 = 200-1; 3 - Kr-Br2 = 400-1; 4 - Kr-Br2 = 500-1 Осциллографирование показывает, что в режиме с коническими микроразрядами обеспечиваются заметно большие токи через газоразрядный промежуток и, соответственно, удлинение импульса УФ-излучения и увеличение его интенсивности. В результате была создана эксилампа на смеси Kr-Cl2-Br2 с максимумами излучения на ? = 207 нм (??1/2 ~ 1.5 нм) и ? = 222 нм (??1/2 ~ 2 нм), одинаковой интенсивностью B-X полос рабочих молекул KRBR и KRCL, со средней мощностью и эффективностью 0.7 Вт и 3%, соответственно, и показана возможность регулирования соотношения интенсивности B-X полос рабочих молекул. Для ослабления действия этого механизма в эксилампах ЕР нами предложено: 1) термически обрабатывать колбы перед заполнением рабочей смесью (что уменьшает концентрацию дефектов на поверхности кварца, потенциально являющихся центрами гетерофазного взаимодействия с хлором); 2) использовать рабочие смеси, в которых доля галогена Cl2 несколько выше оптимальной (что затягивает время достижения нормального режима работы эксилампы); 3) увеличить диаметр газоразрядной трубки (это уменьшает тепловую нагрузку на стенку, уменьшает вероятность достижения атомарным хлором стенки, поскольку путь частиц от приосевой зоны к стенке колбы увеличен, кроме того, обеспечивает «запасной» хлор в объеме, в котором разряд не горит). Показано, что в эксилампах БР наиболее эффективными средствами увеличения срока службы являются увеличение буферного объема излучателя и/или восполнение ухода галогена из смеси.
План
Краткое содержание работы
Список литературы
1. Goldstein F. Uber ein noch beschriebenes, anscheinend dem Helium angehorendes Spekrum // Verh. Deutsche Phys. Ges. V.15. 1913. P.402?413.
2. Tanaka Y. Continuous Emission Spectrum of Rare Gases in the Vacuum Ultraviolet Region // J. Opt. Soc. Amer. 1955. V.45 P.710?716.
3. Mulliken R.S. Potential curves of Diatomic Rare-Gas Molecules and Their Iona and Particular Reference to Xe2* // J. Chem. Phys. 1970. V.52. P.5170?5182.
4. Brau C.A., Ewing J.J. Emission spectra of XEBR, XECL, XEF and KRF // J. Chem. Phys. 1975. V.63. №11. P.4640?4647.
5. Волкова Г.А., Кириллова Н.Н., Павловская Е.Н. Лампа для облучения в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // Бюллетень изобретений. 1982. № 41. С.168.
6. Шевера В.С., Шуаибов А.К., Малинин А.Н., Герц С.Ю. Исследование эффективности образования моногалогенидов инертных газов в импульсном разряде через диэлектрик // Оптика и спектроскопия. 1980. Т.49. Вып.5. С.1205?1206.
7. Eliasson B. and Kogelschatz U. UV Excimer Radiation from Dielectric-barrier Discharges // Appl. Phys. B. 1988. V.B46. P.299?303.
8. Головицкий А.П. O возможности создания эффективных ультрафиолетовых излучателей на основе непрерывного тлеющего разряда в смесях инертных газов и галогенов // Письма в ЖТФ. 1992. Т.18. Вып.8. С.73?76.
9. Taylor R.S., Leopold K.E., Tan K.O. Continuous B-X Excimer Fluorescence using Direct Current Discharge Excitation // Appl. Phys. Lett. 1991. V.59. №5. P.525?527.
11. Kumagai H. and Obara M. New High-efficiency Quasicontinuous Operation of ARF(B-X) Excimer Lamp Excited by Microwave Discharge // Appl. Phys. Lett. 1989. V.55. P.1583-1584.
12. Рулев Г.В., Саенко В.Б. Генерация ультрафиолетового излучения с помощью искрового разряда в смесях инертных газов и галогенов // Письма в ЖТФ. 1993. Т.19. Вып.21. С.53-56.
16. Kogelschatz U., Esrom H. New Incoherent Ultraviolet Excimer Sources for Photolotytic Material Deposition // Laser and Optoelektroniks. 1990. V.22. P.55?59.
17. Gonzalez M.C., Braun A.M. Vacuum UV photolysis of aqueous solutions of nitrate. Effect of organic matter. II. Methanol // J. Photochem. Photobiol. A.: Chem. 1996. V.95. P.67?72.
18. Oppenlander T., Baum G., Egle W., Hennig T. Novel vacuum-UV-(VUV) and UV-excimer flow-through photoreactors for waste water treatment and for wavelength-selective photochemistry // In: Proc. Indian Acad. Sci. (Chem. Sci.). 1995. V.107. №6. P.621-636.
19. Oppenlander Т., Baum G. Wasseraufbereitung mit Vakuum-UV/UV-Excimer-Durchflussphotoreaktoren // Wasser-Abwasser. 1996. V.137. №6. P.321-325.
20. Falkenstein Z. Coogan J.J. The development of a silent discharge driven XEBR* excimer UV light source // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V.30. №19. P.2704-2810.
21. Griechetschkina M.V., Zaitsev N.K., Braun A.M. VUV-Photolysis Oxidative degradation of organics inhibiting the inverse-voltammetric determination of heavy metals. 1. Humic substances // Toxicol. Environ. Chem. 1996. V.53 P.143-151.
22. Di Lazzaro P., Murra D., Felici G., Fu S. Spatial distribution of the light emitted by an excimer lamp used for ultraviolet-B phototherapy: Experiment and modeling // Rev. Sci. Instrum. 2004. V.75. №5. P.1332?1336.
23. Бойченко А.М., Яковленко С.И. Моделирование ламповых источников излучения // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2005. Серия Б. Том XI-4. V.5. С. 569-606. М.: Физматлит, 2005.
25. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
26. Ломаев М.И., Полякевич А.С., Тарасенко В.Ф. Влияние состава смеси на эффективность излучения молекул XECL* при накачке продольным тлеющим разрядом // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9. №2. С.207-210.
27. Артюхов В.А., Галева А.И. Спектроскопическая параметризация метода ЧПДП // Изв. Вузов МВ и ССО СССР, Физика. 1986. №11. P.96-100.
28. Артюхов В.А., Майер Г.В., Риб Н.Р. Квантово-химическое исследование синглет-синглетного переноса энергии электронного возбуждения в бифлуорофорных молекулярных системах // Оптика и спектроскопия. 1996. Т.81. №4. P.607-612.
30. Carman R.J., Ward B.K., Mildren R.P., Kane D.M. An experimental and modeling study of efficiency for a 253 nm xenon iodide lamp exited by dielectric barrier discharge // Proc. 11th Int. Symp. on the Science & Technology of Light Sources (LS-11). China, Shanghai, 2007. P.271-280.
32. Ломаев М.И.. Панченко А.Н., Скакун В.С., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Мощные источники спонтанного УФ-излучения с накачкой импульсными и непрерывными разрядами // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9 №2. С.199?206.
33. Tarasenko V.F., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A. High-power UV excilamps // In Book: High power lasers - science and engineering (Eds by R. Kossovsky, M. Jelinek and R.F. Walter). 1996. NATO ASI Series 3. High Technology. V. 7. P. 331-345. ISBN 0-7923-3959-2.
39. Sosnin E.A., Skakun V.S., Tarasenko V.F. Coaxial and planar excilamps pumped by barrier discharge // Proc. of the 8th Int. conf. on Gas Discharges & Their Applications. Germany, Greifswald, 1998. P.240?241.
42. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Источники спонтанного ультрафиолетового излучения: физика процессов и экспериментальная техника. Томск: Томский государственный университет, 1999. 108 с. ISBN 5-7137-0155-7.
43. Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Чернов Е.Б. О причинах снижения мощности излучения KRCL-эксиламп барьерного разряда в процессе работы // Известия вузов. Физика. 1999. Т.42. №4. С.68?72.
44. Tarasenko V.F., Chernov E.B., Erofeev M.V., Lomaev M.I., Panchenko A.N., Skakun V.S., Sosnin E.A., Shitz D.V. UV and VUV excilamps excited by glow, barrier and capacitive discharges // Applied Physics A. 1999. V. A69. P.327?329.
56. Соколова И.В., Чайковская О.Н., Светличный В.А., Кузнецова Р.Т., Копылова Т.Н., Майер Г.В., Соснин Э.А., Липатов Е.А., Тарасенко В.Ф. Фотопревращения фенолов в водных растворах при различном возбуждении // Химия высоких энергий. 2002. Т.36. №4. С.307?310.
57. Sosnin E.A., Erofeev M.V., Lisenko A.A., Lomaev M.I., Shitz D.V., Tarasenko V.F. Spectra of UV excilamps excited by glow, barrier and capacitive discharges // Proc. of the 34th EGAS. Bulgaria, Sofia, 2002. P.345?346.
58. Sosnin E.A., Batalova V.N., Slepchenko G.B., Tarasenko V.F. Excilamps application in the chemical sample pretreatment process // Proc. SPIE. 2002. V.4747. P.352?357.
59. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Yusupov M.R., Masterova Y.V., Tarasenko V.F. Inactivation of Escherichia coli using capacitive discharge excilamps // Proc. of 2nd International Workshop on Biological Effects of Electromagnetic Fields. Greece, Rhodes, 2002. P.953?957.
60. Сультимова Н.Б., Бегинина А.А., Соснин Э.А. Исследование фотохимических свойств гуминовых кислот в различных средах // Современные проблемы физики и технологии: сб. работ молодых ученых. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С.161?163.
61. Соколова Т.В., Соснин Э.А. Флуоресцентный анализ фотолиза крезолов // Современные проблемы физики и технологии: сб. работ молодых ученых. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С.156?158.
63. Sosnin E.A., Batalova V.N., Buyanova E.Yu., Tarasenko V.F. Comparative study of interference elimination in heavy metals control by ASV method // Proc. of Int. Physcon-2003. Russia, St.-Peterburg, 2003. P.350?352.
64. Баталова В.Н., Соснин Э.А., Захарова Э.А., Тарасенко В.Ф. Электрохимический ферриоксалатный актинометр и его применение для измерения интенсивности излучения эксиламп // ПТЭ. 2003. №1. С.1?4.
66. Соснин Э.А., Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Тарасенко В.Ф. Бактерицидные свойства новых источников ультрафиолетового излучения ? эксиламп низкого давления // Сб. научных работ «Актуальные проблемы медицины и биологии». Томск, Изд-во СИБМГУ, 2003. Вып.2. С.225?227.
67. Соснин Э.А. Применение эксиламп емкостного разряда в междисциплинарных исследованиях // Доклады II интеграционной междисциплинарной конф. молодых ученых СО РАН и ВШ «Научные школы Сибири: взгляд в будущее». Иркутск: Издательство Института географии СО РАН, 2003. С.150?157.
68. Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Соснин Э.А. УФ-инактивация микроорганизмов: сравнительный анализ методов // Вестник ТГУ. Серия биологические науки. Приложение. 2003. №8. С.108?113.
70. Соснин Э.А., Лаврентьева Л.В., Мастерова Я.В., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф. Бактерицидная лампа емкостного разряда на парах йода // Письма в ЖТФ. 2004. Т.30. Вып.14. С.89?94.
71. Лаврентьева Л.В., Соснин Е.А., Кузнецова Е.А., Ерофеев М.В. Новые данные по исследованию влияния излучения XEBR-, KRBR- и XEI-эксиламп на Escherichia Coli and Staphylococcus Aureus // Труды региональной н/п конф. «Современные проблемы и достижения аграрной науки в животноводстве, растениеводстве и экономике». Томск: ТСИ НГАУ, 2004. Вып.7. С.80?83.
72. Носкова Г.Н., Соснин Э.А., Иванова Е.Е., Мержа А.Н., Тарасенко В.Ф. Использование эксиламп при определении содержания йода в урине // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т.17. В.2-3. С.237?240.
73. Sosnin E.A., Tarasenko V.F. Experimental study on capacitive discharge excimer lamps application // Proc. of 10th Int. Symp. on the Science and Technology of Light Sources (Toulouse, France). 2004. P001. P.187?188.
74. Соснин Э.А., Ерофеев М.В. Осушка природного газа и фотолиз метанола в проточных фотореакторах на основе Xe2- и KRCL-эксиламп // Материалы 3-й школы-семинара молодых ученых России. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. С.247?249.
75. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Erofeev M.V., Masterova Ya.V., Kusnetzova E.N., Tarasenko V.F. A new bactericidal UV light sources ? excilamps // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P.317?322.
76. Batalova V.N., Bylatskaya O.A., Sosnin E.A. Biological objects pretreatment optimization using XEBR-excilamp for mercury concentration control by ASVA method // Proc. SPIE. 2004. V.5483. P.323?327.
79. Sosnin E.A., Stoffels E., Erofeev M.V., Kieft I.E., Kunts S.E. The Effects of UV Irradiation and Gas Plasma Treatment on Living Mammalian Cells and Bacteria: A Comparative Approach // IEEE Transactions on Plasma Science. 2004. V.32. №4. P.1544?1550.
80. Медведев Ю.В., Иванов В.Г., Середа Н.И., Полыгалов Ю.И., Ерофеев В.И., Коровин С.Д., Ерофеев М.В., Соснин Э.А., Суслов А.И., Тарасенко В.Ф., Истомин В.А. Воздействие мощного ультрафиолетового излучения на поток природного газа в проточном фотореакторе // Наука и техника газовой промышленности. 2004. №3. С.83-87.
81. Соснин Э.А. Закономерности развития газоразрядных источников спонтанного излучения: Руководство для разработчика. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. 106 с. ISBN 5-7511-1856-1.
91. Oppenlander T., Sosnin E. Mercury-free Vacuum-(VUV) and UV Excilamps: Lamps of the Future? // IUVA News. 2005. V.7. №.4. P.14?18.
92. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Эксилампы ? источники спонтанного УФ и ВУФ излучения // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. 2005. Серия Б. Том XI-4. V. 3. С. 522-546. М.: Физматлит, 2005. ISBN 5-9221-0571-6.
93. Соснин Э.А., Захарова Э.А., Москалева М.Л., Баталова В.Н. Электрохимический вариант метанольного актинометра и его применение для измерения интенсивности вакуумного ультрафиолетового излучения Xe2*-эксилампы // ПТЭ. 2006. №1. С.101?105.
94. Соснин Э.А., Гросс А., Бартник Н., Оппенлэндер Т., Васильева Н.Ю. Изучение фотодеградации карбамида в проточных фотореакторах на основе УФ- и ВУФ-эксиламп // Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии: Материалы 3-й Всероссийской конф. молодых ученых. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2006. C.169?172.
95. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Формирование импульсов излучения малой длительности в XEBR-эксилампах барьерного разряда // Оптика атмосферы и океана. 2006. T.19. №2-3. С.163-166.
99. Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A., Stoffels E. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis // IEEE Transactions on Plasma Science. 2006. V.34. №4. P.1359?1364.
100. Sosnin E.A., Tarasenko V.F. VUV and UV excilamps and their applications // Proc. SPIE. 2006. V.6261. P.626136.
101. Dmitruck V.S., Sosnin E.A., Obgol’tz I.A. The first attempt of XECL-excilamp application in complex psoriasis curing // Proc. SPIE. 2006. V.6263. P.316?321.
102. Ломаев М.И., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Скакун В.С., Ерофеев М.В., Лисенко А.А. Эксилампы барьерного и емкостного разряда и их приложения // ПТЭ. 2006. №5. С.5?26.
103. Соснин Э.А. Эксилампы и новое семейство газоразрядных ультрафиолетовых облучателей на их основе // Светотехника. 2006. №6. С.25?31.
104. Соколова Т.В., Чайковская О.Н., Соснин Э.А., Соколова И.В. Фотопревращения 2-метилфенола, 4-метилфенола и 2-амино-метилфенола в воде // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. Т.73. №5. С.565?572.
105. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Тарасенко В.Ф., Скакун В.С., Шитц Д.В., Ломаев М.И., Тибаут М., Лаурент М. Источник излучения // Патент RU №2271590 C2. Приоритет 15.03.2005. Опубл. 10.03.2006. Бюл. №7.
107. Ахмедов А.Ю., Ерофеев В.И., Ерофеев М.В., Истомин В.А., Коровин С.Д., Медведев Ю.В., Полыгалов Ю.И., Орловский В.М., Сергеев О.А., Соснин Э.А, Степанов В.П., Тарасенко В.Ф. Способ осушки природного газа, проточный реактор для осушки природного газа // Патент RU №2284850. Приоритет 09.03.2006. Опубл. 10.10.2006. Бюл. №28.
108. Sosnin E.A., Oppenlander T., Tarasenko V.F. Applications of Capacitive and Barrier Discharge Excilamps in Photoscience // J. Photochem. Photobiol. C: Reviews. 2006. V.7. P.145?163.
109. Шуаибов А.К., Шевера И.В., Шимон Л.Л., Соснин Э.А. Современные источники ультрафиолетового излучения: разработка и применение. Ужгород: Ужгородский национальный университет, 2006. 225 с. (на украинском языке).
110. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические характеристики плазмы эксиламп барьерного разряда на димерах галогенов I2*, Cl2*, Br2* // Оптика и спектроскопия. 2007. Т.103. №4. C.554-560.
111. Avdeev S.M., Boichenko A.M., Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I. Barrier-Discharge Excilamp on a Mixture of Krypton and Molecular Bromine and Chlorine // Laser Physics. 2007. V.17. №9. P.1119-1123.
114. Авдеев С.М., Зверева Г.Н., Соснин Э.А. Исследование условий эффективной люминесценции I2*(342 нм) в барьерном разряде в смеси Kr-I2 // Оптика и спектроскопия. 2007. Т.103. №6. С.946?955.
115. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Авдеев С.А., Шитц Д.В., Скакун В.С. Устройство для обеззараживания воздуха и жидких сред // Патент RU №62224. Приоритет 09.01.2007. Опубл. 27.05.2007. Бюл. №15.
116. Matafonova G.G., Christofi N., Batoev V.B., Sosnin E.A. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XEBR excilamp in a flow reactor // Chemosphere. 2008. V.70. P.1124?1127.
117. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. Источник двухполосного излучения на основе трехбарьерной KRCL-XEBR-эксилампы // Письма в ЖТФ. 2008. Т.34. Вып.17. С.1?6.
118. Матафонова Г.Г., Батоев В.Б., Соснин Э.А., Christofi N. Комбинированный метод деградации хлорфенолов // Химия в интересах устойчивого развития. 2008. Т.16. С.191?197.
119. Лаврентьева Л.В., Авдеев С.М., Соснин Э.А., Величевская К.Ю. Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения эксимерных и эксиплексных ламп на чистые культуры микроорганизмов // Вестник ТГУ. Биология. 2008. №2(3). С.18-27.
120. Sosnin E.A., Sokolova I.V., Tarasenko V.F. Development and Applications of Novel UV and VUV Excimer and Exciplex Lamps for the Experiments in Photochemistry // In Book: Photochemistry Research Progress (Eds by A. Sanchez, S.J. Gutierrez). Nova Science Publishers, 2008. ISBN 978-1-60456-568-3.