Узкополосные источники спонтанного ультрафиолетового излучения на основе барьерного разряда тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Авдеев Сергей Михайлович

УЗКОПОЛОСНЫЕ ИСТОЧНИКИ СПОНТАННОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА: ИССЛЕДОВАНИЕ, СОЗДАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ

01 04 05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2007

003066579

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Томский государственный университет»

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры квантовой электроники и фотоники ТГУ Соснин Эдуард Анатольевич

Официальные оппоненты

кандидат физико-математических наук Герасимов Владимир Алексеевич, старший научный сотрудник лаборатории квантовой электроники Института оптики атмосферы СО РАН (г Томск).

доктор физико-математических наук Соколова Ирина Владимировна, главный научный сотрудник лаборатории фотофизики и фотохимии молекул Томского государственного университета

Ведущая организация ГОУ ВПО «Томский политехнический университет»

Защита состоится «18» октября 2007 г. в 14 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212 267 04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Томском государственном университете по адресу 634050, г Томск, пр Ленина, 36, ауд

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского государственного университета

Автореферат разослан « » сентября 2007 г.

119

Ученый секретарь диссертационного совета

/Б Н Пойзнер/

Актуальность работы Интерес к изучению источников спонтанного излучения на эксимерных и эксиплексных молекулах (эксиламп) [1*-6*], становление которых как самостоятельного класса излучающих систем началось сравнительно недавно, возник около 30-ти лет назад после активного изучения эксиплексных лазеров и кинетических процессов, происходящих в их активных средах

К настоящему времени исследования эксиламп вышли на высокий научно-технический уровень Эксилампы обеспечивают узкополосное излучение в вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ, 100-200 нм) и ультрафиолетовом (УФ-С, 200-280 нм, УФ-Б, 280-320 нм) областях спектра В научных и прикладных целях начинают активно использоваться эксилампы на эксимерных Хе2*(172 нм) и эксиплексных КгС1*(222 нм), ХеВг*(282 нм), ХеС1*(308 нм) молекулах Такие источники начинают рассматриваться как возможная альтернатива традиционным источникам ультрафиолетового излучения ртутным лампам среднего и высокого давления, а также ксеноновым и криптоновым лампам дугового разряда, выпускаемым серийно Наибольшее распространение для возбуждения эксимерных и эксиплексных оптических сред эксиламп сегодня получала техника барьерного разряда

Эксилампы хотя и уступают перечисленным источникам излучения по величинам средней мощности, имеют преимущества их спектр, как правило, сосредоточен в одной сравнительно узкой и интенсивной полосе излучения с полушириной полосы от 2 до 15 нм для эксиплексных и до ~ 30 нм для эксимерных молекул Поэтому с их помощью можно селективно управлять различными фотопроцессами, замещая в ряде случаев технически сложные лазерные системы или традиционные широкополосные лампы Отметим также высокие сроки службы оптической среды и, соответственно, стабильность во времени спектральных и энергетических характеристик, возможность варьирования в широких пределах энергии возбуждения и давления рабочих смесей, разнообразие конструкций, возможность их масштабирования и простоту эксплуатации

Стоит подчеркнуть, что барьерный разряд может быть использован для получения узкополосного излучения не только эксимерных и эксиплексных сред Поэтому, несмотря на широкий круг исследований эксиламп, здесь, как и в лазерной физике, актуальны поиск новых оптических сред и условий достижения их максимальных энергетических характеристик

Так среди эксиламп на эксиплексных молекулах УФ-А (320-400 нм) диапазон спектра представлен лишь люминесценцией молекулы ХеБ* (351 нм) Но поскольку фторсодержащие галогеноносители приводят к коррозии материала колбы, такой источник не обеспечивает стабильности спектра

излучения и высокого срока службы оптической среды Возможной альтернативой XeF-эксилампам в УФ-А диапазоне может стать источник спонтанного излучения на молекулах йода 12*(342 нм)

В диапазонах УФ-Б и УФ-С малоизученными остаются спектральные и энергетические характеристики димеров галогенов (дигалогенов) С12*, Вг2* и совсем не изучена люминесценция гидроксила 'ОН* в барьерном разряде

За счет выбора той или иной оптической среды и, соответственно, спектрального состава излучения, открывается возможность по исследованию селективного воздействия излучения на различные системы Например, эксилампы барьерного разряда на молекулах KrBr*, KrCl* и ХеВг* могут стать основой для новых методов УФ-дезинфекции водных и воздушных сред, поскольку обладают спектром излучения лежащим в бактерицидной области длин волн (200-300 нм)

Работа выполнялась в рамках 1) международного проекта РФФИ-NWO «Сравнительное изучение действия плазмы атмосферного давления и узкополосного УФ-излучения на живые клетки и бактерии» №04-02-89001-НВО_а (2005 г ) совместно с Eindhoven University of Technology (Голландия), 2) партнерских проектов международного научно-технического центра № 2706 (2006-2007 гг) и № 3583Р (2007 г)

Целью настоящей работы, начатой в 2004 г, являлся поиск оптических сред, обеспечивающих при возбуждении барьерным разрядом узкополосные спектры излучения в области длин волн 200-400 нм, экспериментальное исследование их спектральных и энергетических характеристик, создание на их основе новых источников спонтанного излучения и экспериментальные исследования бактерицидного действия таких источников

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи

1 Определение условий эффективной люминесценции D'—>А' полосы дигалогенов 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) в барьерном разряде

2 Определение условий эффективной люминесценции А—>Х полосы гидроксила ОН* (309 нм) в барьерном разряде

3 Создание и исследование лабораторных образцов источников спонтанного излучения на молекулах 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) и гидроксила 'ОН* (309 нм), возбуждаемых барьерным разрядом

4 Анализ и оценка данных о бактерицидном действии УФ-излучения и создание эксиламп с наибольшей бактерицидной эффективностью

5 Поиск новых способов снижения уровня озонирования источников УФ-излучения

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе лабораторных и натурных экспериментов, математических оценок В

исследованиях оптических сред применялись стандартные методики спектральных и энергетических измерений с использованием современных измерительных приборов В части, посвященной исследованию бактерицидного действия излучения эксиламп, применялись препаративные и оценочные методы микробиологии (метод Коха для кратных разведений) В части, посвященной апробации метода снижения уровня озонирования ХеС1-эксилампы, использовались стандартный колориметрический метод регистрации озона в водном растворе крахмал-йод Положения, выносимые на защиту:

1 В эксилампах барьерного разряда на основе смесей Кг-12 и Аг-12 при общих давлениях до 480 и 700 Topp, соответственно, достигается максимальная интенсивность излучения D'—>А' полосы 12* с эффективностью излучения 0,6% Величину КПД излучения ограничивает малая эффективность (-1%) образования I2*(Dr) в плазме

2 В эксилампах барьерного разряда на основе смесей Аг-С12 и Аг-Вг2 максимальная интенсивность излучения D'—>А' полос дигалогенов С12* и Вг2* достигается при общих давлениях 300-350 Topp и соотношениях концентраций Аг/С12 = 400/1, Аг/Вг2 = 400/1, а эффективность излучения достигает значений 1,5% и 2,3%, соответственно

3 В смеси аргона с парами воды, возбуждаемой барьерным разрядом, максимальная эффективность (до 0,3%) излучения перехода А—>Х полосы гидроксила 'ОН* с максимумом излучения на 309,11 нм достигается при соотношениях давлений Аг/Н20 = 300/1,5 Topp

4 Соотношение интенсивностей излучения молекул КгВг*(207 нм)/Вг2*(291 нм) = 2,5/1 в спектре излучения KrBr-эксилампы барьерного разряда адекватно структуре спектра поглощения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), с максимумами в диапазонах 200-220 и 240-290 нм

5 Пленки на основе диоксида гафния (НЮ2), прозрачные для оптического излучения с X > 213 нм, снижают образование озона на границе кварц / воздух не менее, чем в 6 раз

Достоверность защищаемых положений и других результатов подтверждается 1) согласием экспериментальных данных с результатами работ других авторов в случае близких условий проведения экспериментов, например, наблюдение однородной формы барьерного разряда в 12-эксилампе [7*], преобладание люминесценции А—>Х полосы гидроксила 'ОН* в смесях паров воды с аргоном при высоких давлениях, возбуждаемых пучком электронов [8*], 2) совпадением результатов воздействия различных компонентов плазмы атмосферного давления на микроорганизмы с результатами [9*], 4) согласием полученных данных о бактерицидном эффекте

эксиламп с данными об инактивации ДНК ультрафиолетовым излучением

[10*], 5) использованием стандартной методики, применяемая для индикации

сильных окислителей [11*] для оценки концентрации озона в растворе крахмал-

йод

Новизна полученных результатов:

1 Определены условия интенсивной люминесценции полосы 0'—>А' дигалогенов (12*, С12*, Вг2*) в барьерном разряде, и проведены оценки эффективности излучения 12-, С12- и Вг2-эксиламп (2006-2007 гг )

2 Установлена зависимость между интенсивностью излучения атомарной линии йода (206,2 нм) и интенсивностью полосы Б'—>А' молекулярного йода 12* в спектре излучения плазмы барьерного разряда от давления буферного газа в смеси Кг-12 (2007 г)

3 Получена интенсивная люминесценция А—>Х полосы гидроксила 'ОН* в барьерном разряде (2006 г)

4 Доказано инактивирующее действие излучения молекул КгВг*(207 нм) и Вг2*(291 нм) КгВг-эксилампы на бактерии (Патент 1Щ 43458 Приоритет 27 09 2004)

5 На примере КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда показано, что для эффективной инактивации микроорганизмов спектр излучения источников бактерицидного излучения должен соответствовать максимумам поглощения ДНК микроорганизмов (2004-2005 гг)

6 Предложено и апробировано покрытие на основе диоксида гафния НЮ2 для поверхности кварцевой колбы источника УФ-излучения (на X > 213 нм), снижающего уровень озонирования в окружающем пространстве (Заявка на патент №2006138756/09 Приоритет от 02 11 06)

Научная ценность:

1 Определены условия интенсивной люминесценции полосы Б'—>А' дигалогенов (12*, С12*, Вг2*) и А—>Х полосы гидроксила ОН* в барьерном разряде

2 Полученные экспериментальные данные об условиях интенсивной люминесценции полосы Б'—>А' дигалогена 12* в смеси Кг-12 в барьерном разряде позволили раскрыть механизмы низкой эффективности излучения полосы 12*

3 Созданный источник оптического излучения на переходе Б'—>А' дигалогена 12* позволяет решать научно-исследовательские задачи в фотобиологии (например, в осуществлении фотореактивации микроорганизмов и живых клеток, фоторегуляции роста растений)

4 Получены данные о спектральном составе KrBr-эксилампы барьерного разряда, оптимальном для инактивации микроорганизмов, необходимой, например, для дезинфекции

5 Предложены две гипотезы образования озона от источников УФ-излучения на границе кварц / воздух

Практическая значимость:

1 Созданная С12-эксилампа барьерного разряда с максимумом излучения на 257,8 нм обладает мощностью до 0,5 Вт

2 Созданная 12-эксилампа с максимумом излучения на 342 нм обеспечивает мощность и излучения до 0,5 Вт

3 Созданная лампа на молекулах 'ОН* обладает мощностью излучения до 1,1 Вт Спектр лампы, согласно данным фотомедицины, пригоден для лечения ряда кожных заболеваний

4 Предложенная KrBr-эксилампа барьерного разряда увеличивает бактерицидную эффективность

5 Предложенный способ модификации гафноном кварцевой поверхности источников ультрафиолетового излучения на X > 213 нм повышает озонобезопасность их эксплуатации

Сведения о внедрении результатов диссертации:

• С 2004 г по настоящее время KrBr-эксилампа применяется на кафедре цитологии и генетики Биологического института при ТГУ, в рамках изучения инактивирующего воздействия ультрафиолетового излучения (УФ-С) на патогенные микроорганизмы

• С 2006 г по настоящее время 12-эксилампа применяется на кафедре физиологии и биотехнологии растений Биологического института при ТГУ для изучения воздействия ближнего ультрафиолетового излучения (УФ-А, 342 нм) на рост растений

• Пять KrBr-эксиламп барьерного разряда (X = 207 нм) мощностью излучения не менее 0,3 Вт поставлены 17 августа 2005 г в SEN ENGINEERING СО , LTD по договору № JP-30/04

• С12-эксилампа барьерного разряда (А. -258 нм) мощностью излучения не менее 0,3 Вт поставлена 24 января 2005 г в НТЦ «Реагент» по договору № 222/2005

Апробация работы:

• Международная конференция Atomic and Molecular Pulsed Lasers VI, Томск, Россия, (2005 г),

• Региональная конференция ВНКСФ-11, Екатеринбург, Россия (2006 г),

• VI школа семинар молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Томск, Россия (2006 г),

• X Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, Россия (2006 г),

• Международная конференция «Светотехника», Калининград, Россия (2006 г)

Личный вклад:

Основные результаты диссертации получены лично автором, либо при его прямом участии При его непосредственном участии были проведены постановка, подготовка и выполнение экспериментов, а также обработка и интерпретация результатов экспериментов Так на основании экспериментальных данных для смеси Rr-l2 сне ГОУ ВПО «СПбГУ ИТМО» ГН Зверевой было проведено моделирования плазмохимических процессов протекающих в барьерном разряде (глава 3) Эксперименты по инактивации микроорганизмов проводились на кафедре цитологии и генетики Биологического института при ТГУ с участием студентки ЕА Кузнецовой, которая обеспечивала культивирование, посев и подсчет микроорганизмов (глава 5) Кроме того, в гл. 5 н с отдела теоретической физики ИСЭ СО РАН А И Сусловым были проведены оценки потоков УФ-фотонов, озона и свободных радикалов на поверхность подложки для определения механизмов воздействия частиц плазмы атмосферного давления на бактериальные культуры Моделирование химической реакции замещения йода молекулами озона в водном растворе крахмал-йод и оценка концентрации молекул озона в растворе, осуществлялась доц химического факультета ТГУ к х н Е Б Черновым (глава 6)

Структура и объем работы:

Диссертация изложена на 151 листе машинописного текста, иллюстрируется 94 рисунками, 8 таблицами, состоит из Введения, шести глав, Заключения, Приложений (содержащих четыре справки о внедрении и техническую документацию) и списка литературы из 145 наименований

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы задачи исследований, приведены защищаемые положения, их новизна, научная и практическая ценность

В первой главе дан обзор научной литературы, посвященный феномену барьерного разряда и его использованию для возбуждения оптических сред В nil раскрываются основные свойства плазмы барьерного разряда, проводится сравнение тлеющего и барьерного разрядов Основное отличие эксиламп барьерного разряда от имеющихся эксиламп тлеющего разряда, люминесцентных источников спонтанного излучения УФ-диапазона -узкополосный спектр излучения До 80% и более общей мощности излучения может быть сосредоточено в относительно узкой (несколько нм на полувысоте

для эксиплексных молекул) полосе соответствующей молекулы Таким образом, в ряде практических задач, в которых необходимо воздействие узкополосного УФ-, ВУФ-излучения, эксилампы могут быть альтернативой лазерным системам, как более дешевые и простые в эксплуатации источники излучения

На примере молекул Хе2* и ХеС1* даны механизмы образования эксимерных и эксиплексных молекул, и, соответственно, схемы их потенциальных уровней В пп 1 2 и 1 3 приведены спектры излучения эксимерных и эксиплексных молекул, димеров галогенов (12*, Вг2*, С12* и Б2*), полученные в барьерном разряде В п 1 4 приведены основные конструкции ламп барьерного разряда, а также обоснованы преимущества двухбарьерных эксиламп («безэлектродных»), обеспечивающих высокие сроки службы рабочих смесей и чистоту спектрального состава излучения

Поиск новых оптических сред для получения лазерной генерации в 70-е годы XX в привел к использованию дигалогенов и созданию Вг2-, С12-, 12-лазеров Гораздо менее изученными оставались спектральные и энергетические характеристики спонтанного излучения возбужденных дигалогенов Х2* В пп 15 1-15 3 дается обзор научных исследований, формирующих предпосылки для получения узкополосной люминесценции 12*(342 нм), Вг2*(291 нм), С12*(258 нм) молекул в барьерном разряде К началу диссертационной работы спонтанное излучение Х2* было получено в барьерном разряде для С12* [6*] и Вг2*, 12*, Р2*, С12* [5*], различных условиях тлеющего разряда для 12*, Вг2* и С12* [12*-15*] Изучали флюоресценцию молекулярного хлора и хлорсодержащих смесей при возбуждении излучением синхротрона [16*] и ксеноновой лампой низкого давления [17*] Наблюдали флюоресценцию Вг2*, индуцированную излучением Р2-лазером [18*]

Задача получения узкополосного УФ-излучения может быть решена не только за счет использования в качестве оптических сред эксимеров (112*), эксиплексов (ЫХ*) и дигалогенов (Х2*) Интересной, с точки зрения создания источника узкополосного УФ-излучения, является оптическая среда на основе гидроксила 'ОН Наиболее интенсивные полосы в спектре излучения молекулы 'ОН* соответствуют С—>А и В—>Х переходам, лежащим в ВУФ-области (130— 200 нм) [19*], а также переходу А—>Х с максимумом интенсивности в полосе 306-315 нм [20*, 21*] Решение задачи поиска условий, в которых люминесценция А—>Х полосы гидроксила 'ОН* доминирует, позволило бы создать источник излучения, близкий по своим спектральным характеристикам к спонтанному излучению эксиплекса В-^Х полосы молекулы ХеС1*(308 нм), которое к настоящему времени находит свое применение при лечении кожных заболеваний и синтезе витамина БЗ [21*] В п 15 4 приведен обзор научной

литературы об условиях получения люминесценции гидроксила 'ОН* Показано, что вопрос о получении люминесценции А—»X полосы молекулы *ОН(2Е+) в барьерном разряде ранее не изучался

Во второй главе дано описание конструкций эксиламп барьерного разряда, используемых в экспериментах, а также экспериментальной аппаратуры и методик, с помощью которых были получены экспериментальные данные, помещенные в оригинальной части диссертационной работы

В экспериментах посвященных исследованиям люминесценции молекул С12*, Вг2*, 12* и гидроксила ОН*, а также в опытах с XeCl-эксилампой с пониженным уровнем озонирования использовались двухбарьерные (т н «безэлектродные») эксилампы коаксиального типа, изготовленные из кварца марок КУ-1 и Fused Quartz, Type 214 (General Electric) Длина рабочей области ламп составляла 9 см, площадь излучающей поверхности лампы составила 122 см2, величина разрядного промежутка d = 8 мм Внешний электрод имел форму спирали и пропускание 86% Сплошной электрод, размещенный во внутренней трубке, был изготовлен из алюминиево-магниевой фольги

Возбуждение газовой среды в разрядном промежутке осуществлялось при подаче на электроды импульсного напряжения в форме меандра с амплитудой до 5,5 кВ и длительностью несколько микросекунд Частота следования импульсов могла варьироваться от 18 до 120 кГц Вводимая в плазму мощность зависела от амплитуды и частоты следования импульсов напряжения

Для регистрации спектральных характеристик эксиламп в диапазоне 200-850 нм использовали спектрометр ЕРР2000С-25 (StellarNet Inc) с известной спектральной чувствительностью на основе фотоприемника (п з с -линейка Sony ILX511) Кроме того, в экспериментах спектр излучения эксиламп регистрировался с помощью калиброванного аппаратного комплекса, состоявшего из трех спектрометров HR4000 (Ocean Optics В V), перекрывавших спектральный диапазон 200-410 нм с решеткой 2400 штрихов/мм Для оценки средней плотности мощности излучения эксиламп были использованы фотоприемник Н8025-222 (HAMAMATSU PHOTONISC К К) и вакуумный фотодиод ФЭК-22 СПУ, с известными величинами спектральной чувствительности

В экспериментах с йод-содержащими средами (пп 3 11, 3 12) использовался кристаллический йод, частицы которого помещались в колбу При зажигании разряда йод испарялся, и через некоторое время его давление уравновешивалось давлением насыщенных паров и давлением инертного газа Перед каждым опытом колба предварительно несколько раз циклически откачивалась и промывалась инертным газом

В опытах по изучению действия УФ-излучения на микроорганизмы (пп 5 5 1 и 5 5 2) в экспериментах использовались различные светофильтры (ПС-11 и кварцевая пластинка КУ-1) для разделения воздействия заряженных и нейтральных химически-активных частиц плазмы от излучения плазмы Светофильтр ПС-11 отсекал излучение длин волн короче 220 нм и использовался для определения бактерицидной эффективности различных диапазонов широкополосного излучения плазмы атмосферного давления и полос КгВг*(207 нм) и Вг2*(291 нм) в спектре излучения KrBr-эксилампы В п 5 5 2 использовались готовые УФ-облучатели модели BD_P (Институт сильноточной электроники СО РАН, лаборатория оптических излучений), в которых отпаянная колба эксилампы и источник питания были совмещены в едином корпусе

Третья глава посвящена исследованиям энергетических и спектральных характеристик D'—>А' полос дигалогенов 12*(342 нм), С12*(257,8 нм) и Вг2*(291 нм) в смесях с аргоном и с криптоном (только для молекулярного йода) в барьерном разряде

В п 3 11 описаны исследования 12-эксилампы барьерного разряда на смесях Аг-12 Спектральные и энергетические характеристики 12-эксилампы регистрировались в широких пределах давлений смеси Аг-12 от 0,2 до 1 атм На рис 1 приведен спектр излучения плазмы барьерного разряда в смеси Аг-12, зарегистрированный при общем давлении смесир = 330 Topp

Спектр включает интенсивные линию атомарного йода с максимумом на 206,2 нм (6s'2P3/2-2Pi/2) и полосу D'—>А' молекулярного йода с максимумом на 342 нм В диапазоне 400-550 нм также присутствуют слабые континуумы 12*, которые наблюдались ранее в дуговом разряде паров йода [22*]

Рис 1 Спектр Ь-эксилампы барьерного разряда в смеси Аг-Ь, при общем давлении /? = 330Торр

Концентрация буферного газа определяет эффективность процессов столкновительной электронно-

колебательной релаксации молекул 12* с более высоких возбужденных электронных состояний (например, с F или D) к состоянию D' Таким образом, за счет повышенных давлений рабочей смеси (более 100 Topp) спектр излучения плазмы барьерного разряда содержит преимущественно узкую полосу излучения D'—>А' перехода Так до 50% энергии излучения

молекулярного йода (230-350 нм) сосредоточено в сравнительно узкой (2,3 нм на полувысоте) полосе D'—>А' (рис 1) Тогда как в тлеющем разряде (рабочие давления <30 Topp) спектр излучения представлен системой широкополосных континуумов молекулярного йода сравнимых по интенсивности [12*]

Оценка средней мощности Р и эффективности излучения т| 12-эксилампы проводилась при различных давлениях буферного газа в смеси и при различных частотах следования импульсов напряжения / Полученная максимальная мощность и эффективность излучения 12-эксилампы в диапазоне 200-550 нм, составили 475 мВт (общее давление Аг-12 смеси 700 Topp) и 1,6%, соответственно Примечательной особенностью разряда 12-эксилампы является однородность горения, тогда как для эксиламп барьерного разряда на эксиплексных молекулах, характерна филаментарная форма разряда - наличие множества микроразрядов на фоне однородного свечения плазмы

В п 3 12 представлены результаты исследований спектральных и энергетических характеристик 12-эксилампы барьерного разряда в смесях Кг-12 В экспериментах варьировалось давление криптона в смеси Кг-12 в пределах 150-700 Topp Так же как и в смеси Аг-12 в спектре излучения 12-эксилампы барьерного разряда на смеси Кг-12 присутствуют слабые полосы излучения в области 230-330 и 400-550 нм, интенсивный переход D'—»A' и атомарная линия йода на 206,2 нм (рис 2) Кроме того, в спектре наблюдается D—»A переход KrI* (225 нм)

Сравнение зависимостей средней мощности излучения 12-эксилампы и интенсивности 12* от общего давления смеси (рис 3) позволяет сделать вывод, что основной вклад в мощность излучения дает полоса D'—>А' молекулярного йода

Таким образом, меняя давление смеси можно подобрать условия, в которых люминесценция излучения 12*(342 нм) в барьерном разряде будет преимущественной и максимальной по мощности излучения Оптимальное давление смеси Кг-12 составило 480 Topp С ростом / до 71 кГц средняя мощность излучения также возрастала Максимальная мощность излучения 12-эксилампы в области 480 Topp составила 550 мВт, при этом эффективность излучения лампы в диапазоне 200-550 нм, как и в смеси Аг-12, составила 1,6%

X нм

Рис 2 Спектр Ь-эксилампы барьерного разряда для смеси Кг-12, давление смеси р = 480 Topp

а б

Рис 3 Зависимость средней мощности излучения эксилампы от величины давления смеси (а) Влияние давления смеси на интенсивности излучения линии 1*(20б,2 нм) (слева) и полосы 12*(342 нм) (справа), частота импульсов напряжения/= 71 кГц (0)

12-эксилампа имела однородную форму горения разряда Увеличение частоты импульсов напряжения более 80 кГц (так же как и в случае Аг-12 смеси) приводило к появлению микроразрядов в плазме, и в этом режиме средняя мощность и эффективность излучения 12-эксилампы падала

На примере использования криптона в качестве буферного газа выявлено спектральное распределение излучения, когда полоса D'—>А' преобладает над атомарной линией йода 206,2 нм - соотношение интенсивностей в спектре излучения I*(206,2 нм)/12*(342 нм) ~ 3/5, когда мощность эксилампы максимальна (рис 3, б)

На основании экспериментальных данных проводилось численное моделирование процессов, происходящих в плазме с содержанием паров йода менее 10% от общего давления смеси Кг-12 Целью расчетов было объяснение закономерностей поведения излучения возбужденных молекул йода, выяснение каналов распределения энергии между различными процессами и предсказание параметров определяющих оптимальные условия по интенсивности и эффективности для излучения молекулы йода 12* на переходе D'(3n2g)—>А'(3П2и) Согласно расчетам низкий КПД излучения 12-эксилампы в D'—>А' полосе 12* реализуется за счет малой эффективности образования I2*(D') (-1%) в плазме

Эффективность излучения D'—>А' полосы 12* в смесях Кг-12 и Аг-12, возбуждаемых барьерным разрядом составила 0,6%

В п 3 2 представлены результаты исследований люминесценции D'—>А' полосы молекулярного хлора в барьерном разряде Добавка инертного газа Не, Ne или Ar вела к доминированию D'—»А' полосы С12* с максимумом на 257,8 нм при давлениях газовой смеси более 100 Topp Наибольшая интенсивность

излучения этой полосы получена при добавлении Аг На рис 4 представлен типичный спектр излучения смеси Аг-С12 в барьерном разряде и средняя мощность излучения эксилампы в зависимости от давления и концентрации хлора в рабочей смеси

Рис 4 Спектр излучения СЬ-эксилампы барьерного разряда в смеси Ar/Cl2= 200/1 при давлении р = 240 Topp (а) Зависимость средней мощности излучения СЬ-эксилампы от общего давления при различных соотношениях Ar и Ch, /= 22 кГц (б)

Уменьшение доли хлора в смеси ведет к увеличению мощности излучения D'—>А' полосы С12* (рис 4) Наибольшая средняя мощность излучения составила 230 мВт при давлении около 280 Topp для смеси Аг/С12 = 400/1 и/= 22 кГц Увеличение средней мощности излучения С12-эксилампы, с уменьшением концентрации галогена объясняется снижением эффективности процессов тушения С12* молекулярным хлором Дальнейшее снижение концентрации хлора в смеси Аг-С12 приводило к обеднению смеси рабочими молекулами, и средняя мощность излучения эксилампы падала Эффективность излучения D'—>А' полосы молекулярного хлора С12-эксилампы барьерного разряда достигала 1,5%

В п 3 3 представлены результаты исследования Вг2-эксилампы барьерного разряда Наибольшие интенсивности излучения D'—>А' полосы Вг2* (291 нм) были получены в смесях с аргоном На рис 5 (а) представлен спектр излучения плазмы барьерного разряда в смеси Аг-Вг2 при давлениях более 100 Topp Влияние концентрации брома в рабочей смеси, общего давления на величину средней мощности излучения Вг2-эксилампы иллюстрируется рис 5(6)

Наибольшая достигнутая средняя мощность излучения Вг2-эксилампы при частоте следования импульсов напряжения / = 23 кГц составила 330 мВт Эффективность излучения D'—>А' полосы молекулярного брома в спектре Вг2-эксилампы достигала 2,3%

а б

Рис 5 Спектр излучения Вг2-эксилампы барьерного разряда в смеси Аг/Вг2 = 200/1 при давлении 300 Topp (а) Зависимость средней мощности излучения Вг2-эксилампы от давления смеси Аг-Вг2 и концентрации Вг2, /=23 кГц (б)

Четвертая глава посвящена исследованию энергетических и спектральных характеристик гидроксила ОН* в барьерном разряде в смеси с аргоном (п 4 1) Представлены результаты первых ресурсных испытаний сроков службы лампы (п 4 2)

В поисках оптимальных условий люминесценции 'ОН* А(2Е+,и' = 0) —> Х(2П,и" = 0) варьировались давления аргона и паров воды в колбе лампы

Спектр излучения молекул гидроксила (рис 6) представлен интенсивным A(2LV = 0) -> Х(2П/и" = 0) континуумом с максимумом на 309,11 нм и значительно более слабым А(2ГУ = 1) Х(2П,и" = 0) переходом в области 283 нм В тлеющем разряде [19*] в смесях гелий/пары воды (давление смеси до 60 Topp) Рис 6 Спектр излучения ОН-лампы при интенсивность А(2£+,г)' = 1) —»■ Х(2П,и" давлении паров воды 1 5 Topp и аргона 300 = 0) перехода была несколько выше А ТоРР —» X континуума В [19*] преобладание

A(2ZV = 1) Х(2П,и" = 0) полосы над А(2ГУ = 0) Х(2П,и" = 0) переходом можно объяснить низкими рабочими давлениями, при которых излучательные переходы с более высоких колебательных состояний становятся более вероятны Максимальная эффективность излучения А —* X полосы достигала 0,3% в смеси аргон/пары воды = 300/1,5 Topp Проведены ресурсные испытания ОН-лампы - она проработала 60 ч в непрерывном режиме без заметного снижения мощности Двухбарьерная "ОН-лампа имеет потенциально высокий срок

службы по сравнению с лампами тлеющего разряда, так как цикл Н20* —» "ОН*(А) —> 'ОН —> Н20, завершающийся реакцией восстановления молекулы воды, обеспечивает постоянное наличие в колбе излучателя рабочих молекул, а отсутствие контакта с электродами предотвращает их реакцию с химически активными молекулами гидроксила

Пятая глава посвящена сравнению бактерицидного действия излучения КгВг- и XeBr-эксиламп барьерного разряда на микроорганизмы и состоит из двух частей

В первой части главы приведен литературный обзор (пп 5 1-5 4), в котором показано, что основной причиной гибели микроорганизмов при УФ-облучении является инактивация ДНК [10*] Отсюда формулируется предположение о том, что наибольшим инактивирующим действием будет обладать такой источник оптического излучения, спектр которого наилучшим образом соответствует структуре спектра поглощения ДНК С этой точки зрения проведен сравнительный анализ существующих на сегодняшний день традиционных бактерицидных источников ультрафиолетового излучения и имеющийся опыт использования эксиламп Дается обзор результатов по изучению бактерицидного действия плазмы низкого давления (до 0,25 Topp) [9*] и сделан вывод о перспективности использования эксиламп для целей инактивации Он основан на том факте, что излучение эксиламп обладает селективностью действия (энергия расходуется исключительно в бактерицидном диапазоне спектра)

Во второй части главы в пп 551 и 552 представлены экспериментальные результаты соискателя по изучению инактивирующего действия излучения KrBr-, XeBr-эксиламп и плазмы атмосферного давления на микроорганизмы Escherichia coli и Staphylococcus aureus В п 5 5 1 описаны экспериментальная установка и условия воздействия плазмы атмосферного давления на микроорганизмы Плазма атмосферного давления излучала в спектральном диапазоне 200-450 нм Оценка энергии излучения сосредоточенного в спектральном интервале 200-450 нм показала, что до 84% энергии излучения лежит области длин волн 300-450 нм, которая бактерицидной не является Проводилось как прямое облучение зараженной микроорганизмами подложки, так и опосредованное (между плазмой и подложкой помещались различные светофильтры ПС-11 и кварцевая пластинка КУ-1) Было установлено, что наилучшим инактивирующим действием обладает комбинация таких компонентов плазмы как ультрафиолетовое излучение (200-220 нм) и электронейтральные частицы (возбужденные атомы и молекулы, радикалы, различные окислы и пр)

В п 5 5 2 проводилось сравнительное воздействие излучения КгВг-, ХеВг-- эксиламп на Escherichia coli и Staphylococcus aureus На рис 7 представлены спектры излучения эксиламп и обобщенный спектр поглощения ДНК

Рис 7 Спектры поглощения ДНК {!) и излучения KrBr-эксилампы барьерного разряда (2) (а) Спектры поглощения ДНК (i) и излучения ХеВг-эксилампы барьерного разряда (2) (б)

На рис 8 представлен результат инактивирующего воздействия УФ-излучения КгВг- и ХеВг-эксилампы на Staphylococcus aureus при различных экспозициях

Облучение микроорганизмов Escherichia coli и Staphylococcus aureus обоими лампами при различных экспозициях показало, что излучение KrBr-эксилампы инактивирует микроорганизмы эффективнее ХеВг-эксилампы в 2,5-3 раза

Бактерицидная эффективность KrBr-эксилампы обусловлена тем, что ее спектр излучения содержит полосы молекул КгВг*(207 нм) и Вг2*(291 нм), которые соответствует максимумам поглощения ДНК (рис 7, а)

В ходе экспериментальных исследований по оптимизации спектрального распределения излучения KrBr-эксилампы барьерного разряда для бактерицидных целей, были подобраны такие состав и давление рабочей смеси, которые обеспечивали соотношение интенсивностей излучения молекул КгВг*(207 нм)/Вг2*(291 нм) = 2,5/1 адекватное структуре спектра поглощения ДНК, с максимумами в диапазонах 200-220 и 240-290 нм

D мДж/см2

Рис 8 Зависимость выживших Staphylococcus aureus от дозы облучения ХеВг- и КгВг-эксилампами барьерного разряда

В шестой главе представлены экспериментальные результаты апробации модифицированной гафноном кварцевой поверхности ХеС1-эксилампы барьерного разряда с максимумом излучения на 308 нм, сохраняющей спектральные характеристики излучения с X > 213 нм [23*] и позволяющей снизить уровень образования озона Предложены гипотезы образования озона на границе кварц/воздух, под воздействием УФ-излучения Возможной причиной, по которой поверхность источника излучения под воздействием ультрафиолетового излучения инициирует формирование молекулы Оз является способность кварца адсорбировать молекулярный кислород Чтобы уменьшить либо вовсе исключить инициацию поверхностью кварца образования 03, было предложено модифицировать кварцевую поверхность Для этого на внешнюю поверхность излучателя специальным образом была нанесена пленка на основе диоксида гафния НЮ2 Образовавшееся соединение диоксида гафния с кварцевой поверхностью известно как гафнон НЙЗЮ4 С одной стороны гафнон представляет собой материал химически неактивный и потому не взаимодействующий с 02, а с другой стороны пленка гафнона является сглаживающим микроскопические неоднородности кварцевой поверхности покрытием, предотвращающим адсорбцию кислорода

Были изготовлены две одинаковые ХеС1-эксилампы барьерного разряда на поверхность одной из них (эксилампа 2) была нанесена пленка на основе диоксида гафния, а другая (эксилампа 1) оставлена без обработки Спектр излучения эксиламп не менялся после нанесения на поверхность колбы пленки НЮ2 На рис 9 приведена схема экспериментальной установки для регистрации озона

Рис 9 Экспериментальная установка индикации озона

После того, как в лампе зажигался разряд, через камеру медленно прокачивался воздух Далее воздух из камеры прокачивался через стандартный раствор крахмала с К1 в дистиллированной воде, применяемый для индикации сильных окислителей [11*] О концентрации озона можно было судить по степени превращения К1 03 + 2К1 +Н20 —» 02 +2КОН + 12 (1) Из уравнения

видно, что на одну молекулу озона Оэ приходится одна молекула йода 12 Затем выделившийся йод вступает в реакцию с крахмалом и происходит окрашивание раствора 12 + крахмал —* синее окрашивание Интенсивность окраски зависит от количества высвободившегося в растворе 12 и, соответственно, от растворенного в нем озона Степень окрашивания раствора фиксировали при помощи спектрометра, потом оценивалось изменение оптической плотности

? мин

Рис 10 Изменение оптической плотности растворов озонированных эксилампами 1 (1) и 2 (2), соответственно

На этапе линейного изменения с1 (от 18 до 48 мин) возможно моделирование реакции (1) линейной зависимостью, для этого по экспериментальным точкам строилось уравнение линейной регрессии й +с {к - характеризует скорость высвобождения йода в растворе, I -время протекания реакции, с - константа начальных условий) Поэтому сравнение величин к\ (эксилампа 1) и к2 (эксилампа 2) позволило оценить во сколько раз уровень озонирования воздуха эксилампой 1 больше, чем при использовании эксилампы 2 Для выбранных точек зависимости й строилась линейная регрессия, и рассчитывались коэффициенты к\ик2 В нашем случае к\ = 1,92x10-2 (Шин) и к2 = 3,2x10-3 (1/мин), П1 = 0,99 и Я2 = 0,98 (коэффициенты корреляции линейной регрессии), отношение к\/к2 = 6 Это означает, что в случае использования эксилампы 1 скорость продуцирования озона в 6 раз больше, чем в случае эксилампы 2 с модифицированной гафноном поверхностью

Основные результаты настоящей работы состоят в следующем:

1 В широком диапазоне давлений инертный газ/12 (от нескольких Topp до 1 атм) экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики плазмы барьерного разряда Установлено, что среди различных буферных газов (Не, Ne, Ar, Кг) наиболее интенсивная люминесценция полосы D'—>А' I2*(342 нм) реализуется в смесях с Ar и Кг В смеси Кг-12 установлена зависимость между интенсивностями атомарной линии йода 1*(20б,2 нм) и D'—>А' полосы молекулярного йода 12*(342 нм) в спектре излучения Кг-12 плазмы барьерного разряда от общего давления газовой смеси

2 Проведенное на основе экспериментальных данных моделирование кинетических процессов в плазме барьерного разряда на смеси Кг-12 показали, что эффективность образования I2*(D') составляет ~ 1% Низкая эффективность образования молекул I2*(D') объясняет причину низких эффективностей излучения в D'—>А' полосе молекулярного йода 12-эксилампы

3 Экспериментально исследованы оптические характеристики дигалогенов С12*(257,8 нм) и Вг2*(291 нм) в смесях с аргоном, возбуждаемых барьерным разрядом Установлены оптимальные парциальные давления и концентрации галогена в рабочей смеси, при которых реализуется максимальная мощность излучения D'—>А' полос молекул С12* и Вг2*

4 Установлено, что в отличие от эксиплексных сред, возбуждаемых барьерным разрядом, в I2-, С12- и Вг2-эксилампах наибольшая эффективность излучения реализуется в условиях однородного разряда без филаментов

5 Экспериментально исследованы условия получения интенсивной люминесценции А—>-Х полосы гидроксила 'ОН* на смеси аргон/пары воды, в барьерном разряде Созданная в результате исследований 'ОН-лампа барьерного разряда с площадью излучающей поверхности и средней мощности излучения лампы составили 700 см2 и 1,1 Вт, соответственно Проведены ее первые ресурсные испытания - лампа проработала 60 ч в непрерывном режиме без заметного снижения средней мощности излучения

6 Результаты непосредственного воздействия плазмы атмосферного давления на микроорганизмы, а также проведенные оценки потока химически активных частиц и УФ-фотонов показали, что ключевыми факторами стерилизующего действия плазмы являются ультрафиолетовое излучение с А, < 230 нм и электронейтральные химически активные частицы Бактерицидная эффективность излучения с 200 < X < 230 нм обусловлена наличием в этой спектральной области главного максимума коэффициента поглощения ДНК

7 Экспериментально установлено, что бактерицидное действие излучения KrBr-эксилампы на микроорганизмы почти в три раза больше, чем действие

XeBr-эксилампы Это связано с тем, что спектр излучения КгВг-эксилампы соответствует максимумам коэффициента поглощения ДНК

8 На примере XeCl-эксилампы барьерного разряда, показано, что модификация кварцевой поверхности на основе диоксида гафния НЮ2 с образованием гафнона приводит к снижению уровня озонирования в шесть раз по сравнению с аналогичной эксилампой, поверхность которой не подвергалась обработке Предложенное покрытие не меняет энергетические и спектральные характеристики XeCl-эксиламп Предложены гипотезы, объясняющие образование озона в приповерхностном воздушном слое УФ-излучателя под действием излучения с X > 213 нм

Список цитируемой литературы:

1* Eliasson В, Kogelschatz U Modelling and applications of silent discharge plasmas // IEEE Transactions on plasma science - 1991 - V 19 - No 2 - pp 309-323

2* Ломаев МИ Скакун ВС, Соснин ЭА, Тарасенко ВФ, Щитц ДВ, Ерофеев MB Эксилампы - эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения//УФН -2003 -Т 173 -№2 -С 201-217 3* Ломаев МИ Панченко АН, Соснин ЭА, Тарасенко ВФ Эффективные газоразрядные источники спонтанного ультрафиолетового излучения Физики процессов и экспериментальная техника Эксилампы Учебное пособие -Томск Томский государственный университет, 1999 - 108с 4* Ломаев МИ Соснин ЭА, Тарасенко ВФ, Щитц' ДВ, Скакун ВС, Ерофеев MB, А А Лисенко Эксилампы барьерного и емкостного разрядов и их применение//ПТЭ -2006 -№5 -С 5-26 5* Шевера ВС, Шуаибов А К Исследование образования моногалогенидов инертных газов в поперечном электрическом разряде переменного тока // ЖТФ - 1980 -Т 50 -Вып 4 - С 728-736 6* Geliert В, Kogelschatz U Generation of excimer emission m dielectric barner

discharges//Appl Phys В - 1991 -52 -pp 14-21 7* Волкова ГА, Зверева Г H Исследование параметров барьерного разряда в смесях Kr-l2, Хе-12 // Оптика и спектроскопия - 2004 - Т 96 - № 3 - С 419-427

8* Morozov A, Krücken R, Ottenthal Т, Ulrich A Ultraviolet emission from argon water-vapor mixtures excited with low-energy electron beams // Applied physics letters -2005 -V 86 -pp 011502-1-011502-3 9* Солошенко АИ, Циолко BB, Хомич В А, Щедрин АИ, Рябцев AB, Баженов ВЮ, Михно ИЛ Применение тлеющего разряда для

стерилизации медицинских изделий // Физика плазмы - 2000 — Т 26 - №9 -С 845-853

10* Владимиров ЮА Потапенко А Я Физико-химические основы

фотобиологических процессов -М Высш Школа, 1989 -214с 11* КольтгофИМ, Стенгер В А Объемный анализ -М Госхимиздат -1952 -Т2 - С 337-427

12* Шуаибов А К, Грабовая И А Электроразрядная ультрафиолетовая лампа на смеси ксенон/йод // Журнал прикладной спектроскопии - 2005 - Т 72 - № 2 - С 247-250

13* Шуаибов А К, Грабова И А Оптические характеристики электроразрядной плазмы низкой плотности на парах брома в ВУФ-УФ диапазоне спектра // Оптика и спектроскопия -2006 -Т 101 -№3 - С 408-411 14* Шуаибов А К Оптические характеристики плазмы поперечного объемного разряда в С12 и смеси Не/С12 // ЖТФ -2000 - Т 70 - Вып 10 - С 117119

15* Василяк JIM, Костюченко С В, Красночуб А В, Кудрявцев НН, Куркин ГА Экспериментальное исследование электродинамических и спектральных характеристик наносекундного импульсно-периодического разряда в хлоре // Теплофизика высоких температур - 1995 -Т 33 -№6 -С 826-832

16* Moler Т, Jordan В, Zimmerer G, Haaks D, Le Calve J, Castex M-C Time and Spectrally Resolved Fluorescence of Cl2 and ArCl* m Cl2 Doped Ar Under State Selective Pulsed Photoexcitation with Synchrotron Radiation // Z Phys D-Atoms, Molecules and Clusters - 1986 -V4 -pp 73-87 17* Lee L С, Suto M Quantative VUV spectroscopy of Cl2 // J. Chem Phys - 1986

-V 84 -No 10 -pp 5277-5283 18* Macdonald M, Donovan RJ, Gower MC Oscillatory continuum emission from Br2 following vacuum ultraviolet laser excitation // Chemical physics letters - 1983 -V 97 -No 1 -pp 72-76 19* Shuaibov А К, Shimon L L, Dashchenko A, Shevera I Electrodischarge VUV radiator of low pressure on the mixtures He(Ar, Kr, Xe)/H20 // Proc SPIE -2002 -V 4747 -pp 410-417 20* Буль А Я, Кидалов С В, Миленин В М, Тимофеев НА , Ходорковский МА Новый эффективный газоразрядный источник оптического излучения низкого давления на основе гидроксила ОН // Письма в ЖТФ - 1999 - Т 25 -№ 1 -С 10-16 21 * Morozov А, Krucken R, Ottenthal Т, Ulrich A Ultraviolet emission from argon water-vapor mixtures excited with low-energy electron beams // Applied physics letters -2005 -V 86 -pp 011502-1-011502-3

22* Fruth HF Low voltage arcs m iodine // Phys Review -1928 -V31 - p 614-628

23* Физико-химические свойства окислов Справочник / Под ред Г В Самсонова -М Металлургия, 1978 -472 с

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1 Авдеев СМ, Соснин ЭА, Кузнецова ЕА Обработка плазмой атмосферного давления контаминированных Escherichia coli поверхностей // Сборник тезисов 11-й Всероссийской научной конференции студенов-физиков и молодых ученых (24-31 марта 2005 г, г Екатеринбург) - Екатеринбург Изд-во АСФ России, 2005 - С 181-182

2 Авдеев С М, Ерофеев МВ, Кузнецова Е А , Соснин Э А Применение плазмы атмосферного давления для инактивации микроорганизмов, на примере Escherichia colill Известия вузов Физика Приложение (Материалы VI региональной конференции школы-семинара молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития») - 2005 - Т 48 -№6 - С 107-109

3 Соснин ЭА , Авдеев СМ, Кузнецова ЕА Сравнение бактерицидных свойств излучения КгВг- и ХеВг-эксиламп // Известия вузов Физика Приложение (Материалы VI региональной конференции школы-семинара молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития») -2005 -Т48 -№6 - С 145-147

4 Авдеев С М, Соснин Э А, Тарасенко В Ф Узкополосные источники ультрафиолетового излучения барьерного разряда на димерах моногалогенидов 12*, С12* // Сборник тезисов лекций и докладов X Международной школы-семинара «Люминесценция и лазерная физика» (2-6 октября 2006 г, г Иркутск) - Иркутск Изд-во ИГУ, 2006 - С 12-13

5 Авдеев С М, Соснин Э А, Тарасенко В Ф Оптические характеристики плазмы эксиламп барьерного разряда на димерах галогенов 12*, С12*, Вг2* // Оптика и спектроскопия -2007 -Т 103 -№4 - С 554-560

6 Авдеев С М, Соснин Э А, Тарасенко В Ф Излучение молекул йода 12* в барьерном разряде//Квантовая электроника -2007 - Т 37 - №1 -С 107— 110

7 Авдеев С М, Зверева ГН, Соснин Э А Исследование условий эффективной люминесценции 12*(342 нм) в барьерном разряде в смеси Кг-12 // Оптика и спектроскопия -2007 -Т 103 - № 6 - С 420-432

8 Соснин ЭА, Ерофеев MB, Авдеев СМ, Панченко АН, Панарин В А, Скакун ВС, Тарасенко ВФ, Шитц ДВ Ультрафиолетовая лампа

барьерного разряда на молекулах ОН // Квантовая Электроника - 2006 - Т 36 -№ 10 - С 981-983

9 Соснин ЭА, Авдеев СМ, Кузнецова ЕА, Лаврентьева Л В Бактерицидная KrBr-эксилампа барьерного разряда // Приборы и техника эксперимента -2005 - №5 - С 111-114 / Sosnin ЕА, Avdeev SM, Kyznetsova ЕА, Lavrent'eva L V A bactericidal barrier-discharge KrBr-excilamp // Instruments and experimental techniques - 2005 - V 48 - № 5 - pp 663-666

10 Соснин ЭА, Авдеев CM, Кузнецова ЕА, Суслов АИ, Лаврентьева Л В, Ерофеев MB Бактерицидное действие компонентов плазмы атмосферного давления на Escherichia coli II Прикладная физика - 2005 - № 4 - С 74-78

11 Авдеев С M, Ерофеев MB, Кузнецова Е А, Соснин Э А Применение плазмы атмосферного давления для инактивации микроорганизмов, на примере Escherichia coli //Известия вузов Физика -2005 -Т 48 - №6 - С 107— 109

12 Соснин ЭА, Лаврентьева Л В, Тарасенко В Ф, Авдеев СМ, Стоффелс -Адамович Е, Кузнецова Е А Устройство для ультрафиолетовой инактивации микроорганизмов // Патент RU 43458 Приоритет 27 09 2004 Per № заявки 2004128561/22 от 27 09 2004 Опубл 27 01 2005 Бюл №3

13 Соснин ЭА, Авдеев С M, Кузнецова Е А Сравнение бактерицидных свойств излучения КгВг- и XeBr-эксиламп //Известия вузов Физика - 2005 - Т 48 - № 6 - С 145-147

14 Sosnin Edward А, Kuznetsova Evgenia А, Avdeev Sergei M, et al A comparative study of atmospheric plasma and narrowband UV radiation effect on bacteria // Atomic and Molecular Pulsed Lasers VI (12-16 September 2005, Tomsk, Russia) Proceedings of SPIE - 2006 - V 6263 - pp 626313-1626313-11

15 Авдеев CM, Соснин ЭА, Чернов ЕБ, Тарасенко ВФ XeCl-эксилампа с пониженным уровнем озонирования // Оптика атмосферы и океана - 2006 -Т 19 -№ 10 - С 915-918

16 Соснин ЭА, Авдеев СМ, Тарасенко ВФ, Чернов ЕБ Снижение уровня озонирования эксиламп УФА и УФБ диапазонов // Сборник тезисов VI Международной светотехнической конференции - Калининград, Светлогорск 19-21 сентября 2006 -С 54

Введение.

Глава 1. Обзор работ, посвященных исследованию УФ и ВУФ источников спонтанного излучения на основе барьерного разряда.

1.1. Феномен барьерного разряда.

1.2. Оптические среды, возбуждаемые барьерным разрядом.

1.2.1. Эксимеры инертных газов.

1.2.2. Эксиплексные молекулы.

1.3. Спектры излучения дигалогенов и галогенидов ртути, полученные в барьерном разряде.

1.4. Параметры и конструкции ламп барьерного разряда.

1.5. Предпосылки получения люминесценции дигалогенов в барьерном разряде.

1.5.1. Димер 12*.

1.5.2. Димер Вг2*.

1.5.3. Димер С12*.

1.6. Люминесценция молекулы 'ОН(2£+).

Выводы по главе 1.

Глава 2. Экспериментальная техника.

2.1. Конструкции ламп барьерного разряда.

2.2. Источники питания ламп барьерного разряда.

2.3.Методики и аппаратура экспериментальных исследований.

2.4. Условия, влияющие на результаты измерений.

Глава 3. Оптические и энергетические характеристики D'—>А' переходов димеров галогенов 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) в барьерном разряде.

3.1.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Ar-I2, Кг-12.

3.1.1.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-12.

3.1.2.12-эксилампа барьерного разряда на смесях Кг-12.

3.1.3 Результаты численного моделирования процессов в Кг-12 плазме барьерного разряда и их обсуждение.

3.2. С12-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-С12.

3.3. Вг2-эксилампа барьерного разряда на смесях Аг-Вг2.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Ультрафиолетовая лампа барьерного разряда на молекулах *ОН(2£+).

4.1. Условия получения люминесценции гидроксила 'ОН* в барьерном разряде.

4.2. Ресурсные характеристики 'ОН-лампы.

Выводы по главе 4.

Глава 5. Инактивирующее действие излучения КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда на микроорганизмы.

5.1. Основные понятия фотобиологических процессов.

5.2. Значение фотоинактивации ДНК в фотобиологическом процессе биосистем. Основные фотофизические и фотохимические механизмы, приводящие к инактивации ДНК.

5.3. Бактерицидные источники УФ-излучения.

5.3.1. Ртутные лампы низкого и среднего давления - традиционные источники бактерицидного излучения.

5.3.2. Опыт применения эксиламп для инактивации микроорганизмов.

5.4. Роль УФ-излучения в методах стерилизации «холодной» плазмой.

5.5. Сравнение бактерицидного действия КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда и плазмы атмосферного давления на микроорганизмы.

5.5.1. Воздействие УФ-излучения и различных компонент плазмы атмосферного давления в процессе инактивации микроорганизмов.

5.5.2. Сравнение бактерицидной эффективности излучения КгВг- и ХеВг-эксиламп барьерного разряда.

Выводы по главе 5.

Глава 6. XeCl-эксилампа с пониженным уровнем озонирования.

6.1. Традиционные способы снижения озонирования ламп.

6.2. Образование озона на границе кварц/воздух.

6.3. Применение пленок гафнона для снижения уровня озонирования источников УФ-излучения на примере XeCl-эксилампы.

Выводы по главе 6.

Интерес к изучению источников спонтанного излучения на эксимерных и эксиплексных молекулах (эксиламп) [1-6], становление которых как самостоятельного класса излучающих систем началось сравнительно недавно, возник около 30-ти лет назад после активного изучения эксиплексных лазеров и кинетических процессов, происходящих в их активных средах.

К настоящему времени исследования эксиламп вышли на высокий научно-технический уровень. Эксилампы обеспечивают узкополосное излучение в вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ, 100-200 нм) и ультрафиолетовом (УФ-С, 200280 нм; УФ-Б, 280-320 нм) областях спектра. В научных и прикладных целях начинают активно использоваться эксилампы на эксимерных Хе2*(172 нм) и эксиплексных КгС1*(222 нм), ХеВг*(282 нм), ХеС1*(308 нм) молекулах. Новые источники оптического излучения начинают рассматриваться как возможная альтернатива традиционным источникам ультрафиолетового излучения: ртутным лампам среднего и высокого давления, а также ксеноновым и криптоновым лампам дугового разряда, выпускаемым серийно. Наибольшее распространение для возбуждения эксимерных и эксиплексных оптических сред эксиламп сегодня получала техника барьерного разряда.

Эксилампы хотя и уступают перечисленным источникам по величинам средней мощности, имеют преимущества: их спектр, как правило, сосредоточен в одной сравнительно узкой и интенсивной полосе излучения с полушириной полосы от 2 до 15 нм для эксиплексных и до ~ 30 нм для эксимерных молекул. Поэтому с их помощью можно селективно управлять различными фотопроцессами, замещая в ряде случаев технически сложные лазерные системы или традиционные широкополосные лампы. Стоит отметить также высокие сроки службы оптической среды и, соответственно, стабильность во времени спектрально-энергетических характеристик; возможность варьирования в широких пределах энергии возбуждения и давления рабочих смесей; разнообразие конструкций, возможность их масштабирования и простоту эксплуатации.

Стоит подчеркнуть, что барьерный разряд может быть использован для получения узкополосного излучения не только эксимерных и эксиплексных сред. Поэтому, несмотря на широкий круг исследований эксиламп, здесь, как и в лазерной физике, актуальны поиск новых оптических сред и условий достижения их максимальных энергетических характеристик.

Так среди эксиламп на эксиплексных молекулах УФ-А (320-400 нм) диапазон спектра представлен лишь люминесценцией молекулы XeF* (351 нм). Но поскольку фторсодержащие галогеноносители приводят к коррозии материала колбы, такой источник не обеспечивает стабильности спектра излучения и высокого срока службы оптической среды. Возможной альтернативой XeF-эксилампам в УФ-А диапазоне может стать источник спонтанного излучения на молекулах йода 12*(342 нм).

В диапазонах УФ-Б и УФ-С малоизученными остаются спектральные и энергетические характеристики димеров галогенов (дигалогенов) С12*, Вг2* и совсем не изучена люминесценция гидроксила 'ОН* в барьерном разряде.

За счёт выбора той или иной оптической среды и, соответственно, спектрального состава излучения, открывается возможность по исследованию селективного воздействия излучения на различные системы. Например, эксилампы барьерного разряда на молекулах KrBr*, KrCl* и ХеВг* могут стать основой для новых методов УФ-дезинфекции водных и воздушных сред, так как их спектры излучения лежат в бактерицидной области длин волн (200-300 нм) и относительно слабо поглощаются в указанных средах.

Работа выполнялась в рамках: 1) международного проекта РФФИ-NWO «Сравнительное изучение действия плазмы атмосферного давления и узкополосного УФ-излучения на живые клетки и бактерии» № 04-02-89001-НВОа (2005 г.) совместно с Eindhoven University of Technology (Голландия); 2) партнёрских проектов международного научно-технического центра № 2706 (2006-2007 гг.) и № 3583Р (2007 г.).

Целью настоящей работы, начатой в 2004 г., являлся поиск оптических сред, обеспечивающих при возбуждении барьерным разрядом узкополосные спектры излучения в области длин волн 200-400 нм, экспериментальное исследование их спектральных и энергетических характеристик, создание на их основе новых источников спонтанного излучения и экспериментальные исследования бактерицидного действия таких источников.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определение условий эффективной люминесценции D'—>А' полосы дигалогенов 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) в барьерном разряде.

2. Определение условий эффективной люминесценции А—>Х полосы гидроксила 'ОН*(309 нм) в барьерном разряде.

3. Создание и исследование лабораторных образцов источников спонтанного излучения на молекулах 12*(342 нм), С12*(257,8 нм), Вг2*(291 нм) и гидроксила '(Ш*(309 нм), возбуждаемых барьерным разрядом.

4. Анализ и оценка данных о бактерицидном действии УФ-излучения и создание эксиламп с наибольшей бактерицидной эффективностью.

5. Поиск новых способов снижения уровня озонирования источников УФ-излучения.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось на основе лабораторных и натурных экспериментов, математических оценок. В исследованиях оптических сред применялись стандартные методики спектральных и энергетических измерений с использованием современных измерительных приборов. В части, посвященной исследованию бактерицидного действия излучения эксиламп, применялись препаративные и оценочные методы биологии (метод Коха для кратных разведений). В части, посвященной апробации метода снижения уровня озонирования XeCl-эксилампы, использовался стандартный колориметрический метод регистрации озона в водном растворе крахмал-йод.

Положения, выносимые на защиту:

1. В эксилампах барьерного разряда на основе смесей Кг-12 и Аг-12 при общих давлениях до 480 и 700 Торр, соответственно, достигается максимальная интенсивность излучения D'—>А' полосы 12* с эффективностью излучения 0,6%. Величину КПД излучения ограничивает малая эффективность (-1%) образования I2*(D') в плазме.

2. В эксилампах барьерного разряда на основе смесей Аг-С12 и Аг-Вг2 максимальная интенсивность излучения D'—>А' полос дигалогенов С12* и Вг2* достигается при общих давлениях 300-350 Торр и соотношениях концентраций Аг/С12 = 400/1, Аг/Вг2 = 400/1, а эффективность излучения достигает значений 1,5% и 2,3%, соответственно.

3. В смеси аргона с парами воды, возбуждаемой барьерным разрядом, максимальная эффективность (до 0,3%) излучения А—>Х полосы гидроксила'ОН* с максимумом излучения на 309,11 нм достигается при соотношениях давлений Аг/Н20 = 300/1,5 Торр.

4. Соотношение интенсивностей излучения молекул КгВг*(207 нм)/Вг2*(291 нм) = 2,5/1 в спектре излучения KrBr-эксилампы барьерного разряда адекватно структуре спектра поглощения дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), с максимумами в диапазонах 200-220 и 240-290 нм.

5. Плёнки на основе диоксида гафния (НЮ2), прозрачные для оптического излучения с X > 213 нм, снижают образование озона на границе кварц / воздух не менее, чем в 6 раз.

Достоверность защищаемых положений и других результатов подтверждается: 1) согласием экспериментальных данных с результатами работ других авторов в случае близких условий проведения экспериментов, например, наблюдение однородной формы барьерного разряда в 12-эксилампе {Волкова Г.А., Зверева Г.Н., 2004); 2) преобладание люминесценции А—ОС полосы гидроксила'ОН* в смесях паров воды с аргоном при высоких давлениях, возбуждаемых пучком электронов (MorozovA .,2005); 3) совпадением результатов воздействия различных компонентов плазмы атмосферного давления на микроорганизмы с результатами (Солошенко А.И., 2000); 4) согласием полученных данных о бактерицидном эффекте эксиламп с данными об инактивации ДНК ультрафиолетовым излучением (Владимиров Ю.А., 1987); 5) использованием стандартной методики, применяемой для индикации сильных окислителей (Кольтгоф И.М., 1952) для оценки концентрации озона в растворе крахмал-йод.

Новизна полученных результатов:

1. Определены условия интенсивной люминесценции D'—>А' полосы дигалогенов (12*, С12*, Вг2*) в барьерном разряде, и проведены оценки эффективности излучения 12-, СЬ- и Вг2-эксиламп (2006-2007 гг.).

2. Установлена зависимость между интенсивностью излучения атомарной линии йода (206,2 нм) и интенсивностью полосы D'—>А' молекулярного йода 12* в спектре излучения плазмы барьерного разряда от давления буферного газа в смеси Кг-12 (2007 г.).

3. Получена интенсивная люминесценция А—>Х полосы гидроксила 'ОН* в барьерном разряде (2006 г.).

4. Доказано инактивирующее действие излучения молекул КгВг*(207 нм) и Вг2*(291 нм) KrBr-эксилампы на бактерии (Патент RU 43458. Приоритет 27.09.2004).

5. На примере КгВг- и XeBr-эксиламп барьерного разряда показано, что для эффективной инактивации микроорганизмов спектр излучения источников бактерицидного излучения должен соответствовать максимумам поглощения ДНК микроорганизмов (2004-2005 гг.).

6. Предложено и апробировано покрытие на основе диоксида гафния НЮ2 для поверхности кварцевой колбы источника УФ-излучения (на X > 213 нм), снижающего уровень озонирования в окружающем пространстве (Заявка на патент № 2006138756/09. Приоритет от 02.11.06).

Научная ценность:

1. Определены условия интенсивной люминесценции полосы D'—дигалогенов (Ь*, С12*, Вг2*) и А—>Х полосы гидроксила 'ОН* в барьерном разряде.

2. Полученные экспериментальные данные об условиях интенсивной люминесценции полосы D'—>А' дигалогена 12* в смеси Кг-12 в барьерном разряде позволили раскрыть механизмы низкой эффективности излучения полосы 12*.

3. Созданный источник оптического излучения на переходе D'—»А' дигалогена 12* позволяет решать научно-исследовательские задачи в фотобиологии (например, в осуществлении фотореактивации микроорганизмов и живых клеток, фоторегуляции растений).

4. Получены данные о спектральном составе KrBr-эксилампы барьерного разряда, оптимальном для инактивации микроорганизмов, необходимой, например, для дезинфекции.

5. Предложены две гипотезы образования озона от источников УФ-излучения на границе кварц / воздух.

Практическая значимость:

1. Созданная С12-эксилампа барьерного разряда с максимумом излучения на 257,8 нм обладает мощностью до 0,5 Вт.

2. Созданная 12-эксилампа с максимумом излучения на 342 нм обеспечивает мощность и излучения до 0,5 Вт.

3. Созданная лампа на молекулах 'ОН* обладает мощностью излучения до 1,1 Вт. Спектр лампы, согласно данным фотомедицины, пригоден для лечения ряда кожных заболеваний.

4. Предложенная KrBr-эксилампа барьерного разряда увеличивает бактерицидную эффективность.

5. Предложенный способ модификации гафноном кварцевой поверхности источников ультрафиолетового излучения на X > 213 нм повышает озонобезопасность их эксплуатации.

Сведения о внедрении результатов диссертации:

• С 2004 г. по настоящее время KrBr-эксилампа применяется на кафедре цитологии и генетики Биологического института при ТГУ, в рамках изучения инактивирующего воздействия ультрафиолетового излучения (УФ-С) на патогенные микроорганизмы.

• С 2006 г. по настоящее время 12-эксилампа применяется на кафедре физиологии и биотехнологии растений Биологического института при ТГУ для изучения воздействия ближнего ультрафиолетового излучения (УФ-А, 342 нм) на рост растений.

• Пять KrBr-эксиламп барьерного разряда (X = 207 нм) мощностью излучения не менее 0,3 Вт поставлена 17 августа 2005 г. в SEN ENGINEERING CO., LTD по договору № JP-30/04.

• СЬ-эксилампа барьерного разряда (X -258 нм) мощностью излучения не менее 0,3 Вт поставлена 24 января 2005 г. в НТЦ «Реагент» по договору № 222/2005.

Апробация работы:

• Международная конференция Atomic and Molecular Pulsed Lasers, Томск, Россия, (2005 г.);

• Региональная конференция ВНКСФ-11, Екатеринбург, Россия (2006 г.);

• VI школа семинар молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Томск, Россия (2006 г.);

• X Международная школа-семинар по люминесценции и лазерной физике, Иркутск, Россия (2006 г.);

• Международная конференция «Светотехника», Калининград, Россия (2006 г.).

Личный вклад:

Основные результаты диссертации получены лично автором, либо при его прямом участии. При его непосредственном участии были проведены постановка, подготовка и выполнение экспериментов, а также обработка и интерпретация результатов экспериментов. Так на основании экспериментальных данных для смеси Кг-12 с.н.с. ГОУ ВПО «СПбГУ ИТМО» Т.Н. Зверевой было проведено моделирование плазмохимических процессов, протекающих в барьерном разряде (глава 3). Эксперименты по инактивации микроорганизмов проводились на кафедре цитологии и генетики Биологического института при ТГУ с участием студентки Е.А. Кузнецовой, которая обеспечивала культивирование, посев и подсчет микроорганизмов (глава 5). Кроме того, в гл. 5 н.с. отдела теоретической физики ИСЭ СО РАН А.И. Сусловым были проведены оценки потоков УФ-фотонов, озона и свободных радикалов на поверхность подложки для определения механизмов воздействия частиц плазмы атмосферного давления на бактериальные культуры. Моделирование химической реакции замещения йода молекулами озона в водном растворе крахмал-йод и оценка концентрации молекул озона в растворе, осуществлялась доц. химического факультета ТГУ к.х.н Е.Б. Черновым (глава 6).

Структура и объем работы:

Диссертация изложена на 151 листе машинописного текста, иллюстрируется 94 рисунками, 8 таблицами, состоит из Введения, шести глав, Заключения, Приложений (содержащих четыре справки о внедрении и техническую документацию) и списка литературы из 145 наименований.

Основные результаты и выводы настоящей диссертационной работы состоят в следующем:

1. В широком диапазоне давлений инертный газ/12 (от нескольких Торр до 1 атм) экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики плазмы барьерного разряда. Установлено, что среди различных буферных газов (Не, Ne, Аг, Кг) наиболее интенсивная люминесценция D'—>А' полосы 12*(342 нм) реализуется в смесях с Аг и Кг. В смеси Кг-12 установлена зависимость между интенсивностями атомарной линии йода I*(206.2 нм) и D'—>А' полосы молекулярного йода 12*(342 нм) в спектре излучения Кг-12 плазмы барьерного разряда от общего давления газовой смеси.

2. Проведенное на основе экспериментальных данных моделирование кинетических процессов в плазме барьерного разряда на смеси Кг-12 показали, что эффективность образования I2*(D') в условиях малых удельных энерговкладов в плазму (до 0,5 Вт/см ) составляет ~ 1%. Низкая эффективность образования молекул I2*(D') объясняет причину низких эффективностей излучения в D'—>А' полосе молекулярного йода 12-эксилампы.

3. Экспериментально исследованы оптические характеристики дигалогенов С12*(257,8 нм) и Вг2*(291 нм) в смесях с аргоном, возбуждаемых барьерным разрядом. Установлены оптимальные парциальные давления и концентрации галогена в рабочей смеси.

4. Установлено, что в отличие от эксиплексных сред, возбуждаемых барьерным разрядом, в 12-, С12- и Вг2-эксилампах наибольшая эффективность излучения реализуется в условиях однородного разряда без филаментов.

5. Экспериментально исследованы условия получения интенсивной люминесценции А—>Х полосы гидроксила 'ОН* на смеси аргон/пары воды, в барьерном разряде. Созданная в результате исследований 'ОН-лампа барьерного разряда с площадью излучающей поверхности и средней мощности излучения лампы составили 700 см2 и 1,1 Вт, соответственно. Проведены ее первые ресурсные испытания - лампа проработала 60 ч в непрерывном режиме без заметного снижения средней мощности излучения.

6. Результаты непосредственного воздействия плазмы атмосферного давления на микроорганизмы, а также проведенные оценки потока химически активных частиц и УФ-фотонов показали, что ключевыми факторами стерилизующего действия плазмы являются ультрафиолетовое излучение с А, < 220 нм и электронейтральные химически активные частицы. Бактерицидная эффективность излучения с 200 <Х < 220 нм обусловлена наличием в этой спектральной области главного максимума коэффициента поглощения ДНК.

7. Экспериментально установлено, что бактерицидное действие излучения КгВг-эксилампы на микроорганизмы почти в три раза больше, чем действие ХеВг-эксилампы. Это связано с тем, что спектр излучения КгВг-эксилампы соответствует максимумам коэффициента поглощения ДНК.

8. На примере XeCl-эксилампы барьерного разряда, показано, что модификация кварцевой поверхности пленкой на основе диоксида гафния (НЮ2) с образованием гафнона приводит к снижению уровня озонирования не менее чем в шесть раз по сравнению с аналогичной эксилампой, поверхность которой не подвергалась обработке. Предложенное покрытие не меняет энергетические и спектральные характеристики XeCl-эксиламп. Предложены гипотезы, объясняющие образование озона в приповерхностном воздушном слое УФ-излучателя.

Автор выражает признательность и благодарность за помощь в постановках задач, организации и проведении экспериментов своему научному руководителю кандидату физико-математических наук, доценту кафедры квантовой электроники и фотоники Томского государственного университета Эдуарду Анатольевичу Соснину. Автор благодарит: к.х.н., доц. ТГУ Евгения Борисовича Чернова за предложенный способ модификации кварцевой поверхности источников УФ-излучения, позволяющей снизить образование озона на границе кварц/воздух и помощь в оценке концентрации молекул 03; к.б.н., доц. кафедры цитологии и генетики биолого-почвенного факультета ТГУ Ларису Викторовну Лавренътъеву и ее студентку Евгению Анатольевну Кузнецову за помощь в организации и проведении экспериментов по фотоинактивации микроорганизмов; с.н.с ГОУВПО «СПбГУ ИТМО» Галину Николаевну Звереву, которая на основании данных, полученных автором в ходе экспериментов с 12-эксилампой, провела моделирование в плазме барьерного разряда для смеси Кг-12.

Автор выражает признательность за поддержку в проведении экспериментов д.ф.-м.н., заведующему лабораторией оптических излучений (ЛОИ) ИСЭ СО РАН Виктору Федотовичу Тарасенко.

За техническую поддержку автор благодарит сотрудников ЛОИ н.с.Д.В. Шитца, с.н.с. B.C. Скакуна и инженера В.А. Панарина.

Заключение:

1. Eliasson В., Kogelschatz U. Modelling and applications of silent discharge plasmas // IEEE Transactions on plasma science. 1991. -V. 19. - No. 2. - pp. 309-323.

2. Ломаев М.И. Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. Эксилампы эффективные источники спонтанного УФ- и ВУФ-излучения // УФН. -2003.-Т. 173.-№2.-С. 201-217.

3. Ломаев М.И. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В., Скакун B.C., Ерофеев М.В., А.А. Лисенко. Эксилампы барьерного и емкостного разрядов и их применение // ПТЭ. 2006. - № 5. - С. 5-26.

4. Герасимов Т.Н., Крылов Б.Е., Логинов А.В., Щукин С.А. Ультрафиолетовое излучение возбужденных молекул инертных газов // Успехи физических наук. -1992.-Т. 162. -№ 5. С. 123-159.

5. Шевера B.C., Шуаибов А.К Исследование образования моногалогенидов инертных газов в поперечном электрическом разряде переменного тока // ЖТФ. -1980. Т. 50. - Вып. 4. - С. 728-736.

6. Волкова Г.А., Кириллова Н.Н., Павловская Е.Н. и др. Лампа для облучения для облучения в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // Бюллетень изобретений. 1982. - № 44.

7. Gellert В., Kogelschatz U. Generation of excimer emission in dielectric barrier discharges // Appl. Phys. B. 1991. - 52. -pp. 14-21.

8. Kogelschatz U. Silent discharges for the generation of ultraviolet and vacuum ultraviolet excimer radiation // Pure&Appl. Chem. 1990. - V. 62. - No. 9. - pp. 1667-1674.

9. Kogelschatz U. Industrial innovation based on fundamental physics // Plasma Sources Sci. Technol. 2002. - Vol. 11. - pp. A1-A6.

10. Opperlander Т., Baum G. Vacuum-UV-oxidation of chloroorganic compounds in an excimer flow through photoreactor // Chemosphere. 1995. - V. 30. - No. 9. - pp. 1781-1790.

11. Малинин A.H. оптические характеристики газоразрядной плазмы на рабочих смесях эксимерного Hg/HgI-излучателя // Квантовая электроника. 2005. - Т. 35. -№3.-С. 243-251.

12. Шуаибов А.К., Дащенко А.И., Шевера И.В. Оптические характеристики стационарной плазмы продольного разряда на смеси гелий/фреон-12 // ЖТФ. -2001.-Т. 72.-Вып. 4.-С. 32-35.

13. Ерофеев М.В., Скакун B.C., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Чернов Е.Б. Время жизни рабочих смесей ХеС1- и KrCl-эксиламп // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т. 13. -№. 3. - С. 312-315.

14. Ерофеев М.В. Эффективность и стабильность эксиплексных ламп и HF-лазера: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук /ТГУ.- Томск, 2001.- 131 с.

15. Oppenlander Т., Sosnin Е. Mercury-free Vacuum-(VUV) and UV Excilamps: Lamps of the Future? // IUVA News. 2005. - V.7. - №.4. - pp. 14-18.

16. Eving J.J., Brau C.A. Laser action on the 342-nm molecular iodine band // Appl. Phys. Lett. 1975. - V. 27. - No. 10. - pp. 557-559.

17. ЪЪ.Риттег H., Hohla K., Diegelmann M., ReillyJ.P. Discharge pumped F2 laser at 1580 A // Opt. Comm. 1979. - V. 28. - No. 1. - pp.104-106.

18. Эксимерные лазеры / Под ред. РоудзаЧ.-М.: Мир, 1981.-245 с.

19. Зуев B.C., Михеев Л.Д., Широких А.П. Исследование 12(0'-А')-лазера с широкополосной оптической накачкой // Квантовая электроника. 1982. - Т. 9. -№ 3. - С. 573-582.

20. Зуев B.C., Канаев А.В., Михеев Л.Д. Измерения абсолютного квантового выхода люминесценции при возбуждении ВУФ излучением смесей С12 с Аг, Кг и Хе // Квантовая электроника. 1984. - Т. 11. - № 2. - С. 354-365.

21. Шуаибов А.К., Шимон ПЛ., Грабовая И.А. Электроразрядная бактерицидная лампа на смеси ксенона с парами йода // Письма в ЖТФ. 2003. - Т. 29. - Вып. 20. - С. 77-80.

22. Шуаибов А.К., Грабовая И.А. Электроразрядная ультрафиолетовая лампа на смеси ксенон/йод // Журнал прикладной спектроскопии. 2005. - Т. 72. - № 2. - С. 247250.

23. Шуаибов А.К., Грабовая И.А., Шимон JI.JI. Мощная ультрафиолетовая лампа на парах йода с накачкой тлеющим разрядом. // Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. -Вып. 3.-С. 31-35.

24. АО. Шуаибов А.К., Грабова И.А. Оптические характеристики электроразрядной плазмы низкой плотности на парах брома в ВУФ-УФ диапазоне спектра // Оптика и спектроскопия. 2006. - Т. 101. - № 3. - С. 408-411.

25. Шуаибов А.К., Грабовая И.А. Коротковолновая эксимерно-галогенная лампа низкого давления на смеси криптона с молекулами брома // Письма в ЖТФ. 2006. -Т. 32.-Вып. 23.-С. 80-85.

26. Шуаибов А.К. Оптические характеристики плазмы поперечного объемного разряда в С12 и смеси Не/С12 // ЖТФ. 2000. - Т. 70. - Вып. 10. - С. 117-119.

27. Шуаибов А.К, Дащенко А.И., Шевера ИВ. УФ-ВУФ эксимерный излучатель с накачкой поднормальным разрядом // Квантовая электроника. 2001. - Т. 31. - № 4.-С. 371-372.

28. Ефремов A.M., Куприяновская А.П., Светцов В.И. Спектр излучения тлеющего разряда в хлоре // Журнал прикладной спектроскопии. 1993. -Т. 59. - № 3-4. - С. 221-225.

29. Moeller Т., Jordan В., Giirtler P., Zimmerer G., Haaks D., Le Calve J., Castex M.-C. Spectroscopic investigation of the electronic structure of the chlorine molecule in the VUV // Chemical physics. 1983. - V. 76. - pp. 295-306.

30. Lee L.C., Suto M. Quantative VUV spectroscopy of Cl2 // J. Chem. Phys. 1986. - V. 84. -No. 10.-pp. 5277-5283.

31. Nee J.B. Fluorescence lifetimes of the 1'1+и and 2'l+u states of Cl2 and the B1I+ state of HC1 // J. Phys. B: Mol. Opt. Phys. 1990. - V. 23. - pp. 3325-3334.

32. Fruth H.F. Low voltage arcs in iodine // Phys. Review. -1928. -V. 31. pp. 614-628.

33. Turner L.A. The resonance line of the iodine atom and the optical dissociation of iodine molecules //Physical review. 1928. -V. 31. - pp. 983-985.

34. Warren D.T. Ultraviolet absorption of iodine vapor // The physical review. A journal of experimental and theoretical physics. 1935. - V. 47. - No. 1. - pp. 1-7.

35. Mulliken R.S. The halogen molecules and their spectra. J-J-like coupling. Molecular ionization potentials // Physical review. 1934. - V. 46. - pp. 549-571.

36. Venkateswarlu P. The spectrum of exited in the presence of argon // Physical review. -1951. -V. 81. -No. 5. -pp. 821-829.

37. Mulliken R.S. Iodine revisited // The journal of chemical physics. 1971. - V. 55. - No. l.-pp. 288-309.

38. OU Q.-R., Meng Y.-D, Xu X, Shu X.-S, Ren Z.-X. Effect of frequency on emission of Xel* excimer in pulsed dielectric barrier discharge // Chin. Phys. Lett. 2004. - Vol. 21. -No. 7.-pp. 1317-1319.

39. Zhang J.-Y., Boyd I. W. Multi-wavelength excimer ultraviolet sources from a mixture of krypton and iodine in a dielectric barrier discharge // Appl. Phys. B. 2000. - No. 71. -pp. 177-179.

40. Волкова Г.А., Зверева Г.Н. Исследование параметров барьерного разряда в смесях Кг-12, Хе-12 // Оптика и спектроскопия. 2004. - Т. 96. - № 3. - С. 419^127.

41. Feng X., Zhu S. Investigation of excimer ultraviolet sources from dielectric barrier discharge in krypton and halogen mixtures // Phys. Scr. 2006. - No.74. - pp. 322-325.

42. Gross U., Ubelis A., Spietz P., Burrows J. Iodine and mercury resonance lamps for kinetics experiments and their spectra in far ultraviolet // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. -V.33.-pp. 1588-1591.

43. Giihr M. Coherent dynamics of small molecules in rare gas crystals. Fachbereich Physik der Freien Universitat Berlin. Dissertation. 2005. - p. 178.

44. Heaven C., Clyne A.A. Interpretation of spontaneous predissiciation of C12B П(0 u). // J. Chem. Soc., Faradey Trans 2. 1982.

45. Kokh D.B., Alekseyev A.B., Buenker R.J. Ab initio study of spectroscopic and radiactive characteristics of ion-pair states of the Cl2 molecule // Journal of chemical physics. -2001. V. 115. - No. 20. - pp. 9298-9310.

46. Almy G.M. The zeeman effect in the OH bands // Physical review. 1930. - V. 35. - pp. 1495-1512.

47. Chamberlain K., Cutter H.B. New bands in the electronic band spectrum of neutral OH // Physical review. 1933. - V. 44. - pp. 927-930.

48. A.Lyman E.R. Rotational energy distribution of OH molecules from X3064 bandII Physical review. 1938. - V. 53. - pp. 379-383.

49. Lyman E.R. Elementary processes in sensitized fluorescence of OH molecules // Physical review. 1939. - V. 56. - pp. 466^170.

50. Hulthen E., Zumstein R.V. The absorption spectra of some hydride compounds in the ultra-violet // Physical review. 1939. - V. 56. - pp. 13-24.

51. П.Радциг A.A. Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М.: Атомиздат, 1980. - 240 с.

52. Буль А.Я., Кидалов С.В., Миленин В.М., Тимофеев Н.А., Ходорковский М.А. Исследование тлеющего разряда в смеси аргона с гидроксилом ОН // Письма в ЖТФ. 1999. - Т. 25. - Вып. 8. - С. 62-66.

53. Morozov A., Krucken R., Ottenthal Т., Ulrich A. Ultraviolet emission from argon water-vapor mixtures excited with low-energy electron beams // Applied physics letters. -2005. V. 86. - pp. 011502-1-011502-3.

54. Kanaev A., Museur L., Edery F., Laarmann Т., Moller T. Photoexcitation of rare-gas neon and argon clusters doped with H20 // Eur. Phys. J. D. 2002. - V. 20. - pp. 261268.

55. Broida H.P., Kane W.R. Rotational intensity distributions of OH and OD in an electrodeless discharge through water vapor // Physical review. 1953. - V. 89. - No. 5. -pp. 1053-1059.

56. M.Sosnin E.A., Erofeev M.V., Tarasenko V.F. Capasitive discharge exciplex lamps // J. Phys. D: Appl. Phys. -2005. V. 38. -pp. 3194-3201.

57. Казанцев СЛ., Хуторщиков В.И. Источник линейчатого спектра на основе высокочастотного разряда. СПб.: Издательство СПб ГУ, 1995. - 328 с.

58. КдПпег К, Wimmershoff М.В., Hintz С, Landthaler М., Hohenleutner U. Comparison of the 308-nm excimer lamp with 311-nm narrowband ultraviolet В in the treatment of psoriasis // Photobiology. 2005. - V. 152. - pp. 750-754.

59. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Оптические характеристики плазмы эксиламп барьерного разряда на димерах галогенов 12*, С12*, Вг2* // Оптика и спектроскопия. 2007. - Т. 103. -№ 4. - С. 554-560.

60. Авдеев С.М., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Излучение молекул йода 12* в барьерном разряде // Квантовая электроника. 2007. - Т. 37. - № 1. - С. 107-110.

61. Golde M.F., Kvaran A. Chemiluminescence of argon bromide. I. The emission spectrum of ArBr // J. Chem. Phys. 1980. - V. 72. - No. 1. - pp. 434-441.

62. Frame J.W., John P.C., DeTemple P.C., Eden J.G. Continuous-wave emission in the ultraviolet from diatomic excimers in microdischarge // Applied physics letters. 1998. - V. 72. - No. 21. - pp. 2634-2636.

63. Lomaev M.I., Tarasenko V.F., Lisenko A. A. Capacitive Discharge Sealed-off Iodine Lamp // Proc. XXVI Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. 2003. - V. 2. - pp. 69-70.

64. Таблицы физических величин. Справочник. / Под ред. И.К. Киконина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с.

65. Смит К., Томсон Р. Численное моделирование газовых лазеров. М.: Мир, 1981. - 515 с.

66. Певгов И.Г. Кинетические процессы в газоразрядных лазерах: Диссертация на соискание уч. ст. к. ф.-м. н. / МФТИ. Москва, 1977. - 369 с.

67. Справочник констант элементарных процессов с участием атомов, ионов, электронов, фотонов / Под ред. А.Г.Жиглинского СПб ГУ, 1994. - 336 с.

68. Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме М.: Атомиздат, 1968. - 363 с.

69. Ewing J.J., Brau С.А. Emission spectrum of Xel in electron-beam excited Xe/I2 mixtures // Phys.Rev. A. - 1975. -V. 12, - pp. 129-132.

70. Boichenko A.M. Yakovlenko S.I. Simulation of KrCl (222 nm) and XeCl (308 nm) Excimer Lamps with Kr/HCl (Cl2) and Xe/HCl (Cl2) Binary and Ne/Kr/Cl2 Ternary Mixtures Excited by Glow Discharge // Laser Physics. 2003. - V.13. - No.10. - pp.l-14.

71. TsujiM., Ide M., Muraoka Т., Nishimura Y. Formation of ArCl(B,C), Ar(3P2), and CI* by the three-body ionic-recombination reaction of Ar (Py2) + CI + He // J. Chem. Phys. 1983. - V. 99. -No. 3. - pp. 1710-1718.

72. Соснин Э.А., Ерофеев M.B., Авдеев C.M., Панченко A.H., Панарин В.А., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., ШитцД.В. Ультрафиолетовая лампа барьерного разряда на молекулах ОН // Квантовая Электроника. 2006. - Т. 36. - № 10. - С. 981-983.

73. Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию: Учебное пособие. JL, Изд-во Ленингр. Ун-та, 1974. - 183 с.

74. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии / Под ред. Е.Б. Гордона -Москва: Мир, 1985.-385 с.

75. De Izarra С. Computer simulation of the UV OH band spectrum // Int. J. Modern Phys. C. 2000. - V. 11. - № 5. - pp. 987-998.

76. Michalske Т.A., Bunker B.C. Slow fracture based on strained silicate structures // J. Appl. Phys. 1984. - V. 56. - No. 10. - pp. 2686-2693.

77. Каганов И.Л. Ионные приборы. M.: Энрегия, 1972. - 528 с.

78. Соснин Э.А., Авдеев C.M., Кузнецова E.A., Суслов A.M., Лаврентьева Л.В., Ерофеев М.В Бактерицидное действие компонентов плазмы атмосферного давления на Escherichia coli II Прикладная физика. 2005. - № 4. - С. 74-78.

79. Владимиров Ю.А. Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.: Высш. Школа., 1989. 214 с.

80. Von С. Sonntag, "Disinfection with UV radiation", in Process Technologies for Water Treatment, S. Stucki, Ed. New York: Plenum Press, 1987.

81. Oppenlander T. Photochemical Purification of Water and Air. WILEY-VCH Verlag. GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 2003. P. 368.

82. Marmur J., Grossman L. Ultraviolet light induced linking of deoxyribonucleic acid strands and its reversal by photoreactivating enzyme // Biochemistry. 1961. - V. 47. -pp. 778-787.

83. Kalisvaart B.F. Photobiological effects of polychromatic medium pressure UV lamps // Water Science and Technology. -2001. -V. 43. -No. 4. -pp. 191-197.

84. Kalisvaart B.F. Re-use of wastewater: preventing the recovery of pathogens by using medium-pressure UV lamp technology // Water Science and Technology. 2004. - V. 50.-No. 6.-pp. 337-344.

85. Соколов В.Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1954.- 178 с.

86. Oppenlander Т., Ваит G. Wasseraufbereitung mit Vakuum-UV/UV-Excimer-DurchfluB-photoreaktoren // Wasser-Abwasser. 1996. - V. 137. - Nr. 6. - S. 321— 325.

87. Sosnin E.A., Oppenlander Т., TarasenkoV.F. Applications of capasitive and barrier discharge excilamps in photoscience // Review. // Journal of Photochemistry and Photobiology. C: Photochemistry Reviews. 2006. - No. 7 - pp. 145 - 163.

88. Coogan J.J. Pathogen control in complex fluids with water-coupled excimer lamps at 282 and 308 nm // Photochemistry and Photobiology. 2005. - V. 81. - pp. 1511— 1517.

89. 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. -Vol. 5483.-pp. 317-322.

90. Солошенко A.M., Циолко B.B., Хомич В.А., Щедрин A.M., Рябцев A.B., Баженов В.Ю., Михно M.JI. Применение тлеющего разряда для стерилизации медицинских изделий // Физика плазмы. 2000. - Т. 26. - № 9. - С. 845-853.

91. Lerouge S., Fozza А.С., Wertheimer M.R., Marchand R., Yahia L'H. Sterilization by Low-Pressure Plasma: The Role of Vacuum-Ultraviolet Radiation // Plasmas and Polymers. 2000. - V. 5. - No. 1. - pp. 31-46.

92. Lerouge S., Wertheimer M.R., Yahia L'H. Plasma Sterilization: A Review of Parameters, Mechanisms, and Limitations // Plasmas and Polymers. 2001. - V. 6. -No. 3. - pp. 175-187.

93. Новоселов Ю.Н., Рыжов B.B., Суслов A.M. Влияние электроотрицательных примесей на генерацию озона в воздухе // ЖТФ. 1999. - Т. 69. - Вып. 1. - С.49.

94. Setlow R.B. Shedding light on proteins, nucleic acids, viruses, cells, humans and fish. Mutat. Res. 511,(2002). //Mutation research. 2002. - V. 511.-No. 1 -pp. 1-14.

95. Авдеев C.M., Соснин Э.А., Чернов Е.Б., Тарасенко В.Ф. XeCl-эксилампа с пониженным уровнем озонирования // Оптика атмосферы и океана. 2006. - Т. 19. -№10. -С. 915-918.

96. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Тарасенко В.Ф., Чернов Е.Б. Снижение уровня озонирования эксиламп УФА и УФБ диапазонов // Сборник тезисов VI Международной светотехнической конференции: Калининград, Светлогорск: 19-21 сентября 2006.-С.54.

97. А. с. SU №907637, Н 01 J 61/34, 1980.

98. А. с. SU №1765857, Н 01 J 61/34, 1992.

99. Проспект компании Heraeus «Quartz Glass for Ultra High Pressure and high intensity discharge lamps». HQS-LM-DS-05/05.

100. Kogelschatz U. Dielectric-barrier Discharges: Their History, Discharge Physics, and Industrial Applications // Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2003. - V. 23. -№. 1. - pp. 1—46.

101. Самойлович В. Г., Гибалов В. И., Козлов К. В. Физическая химия барьерного разряда. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 176 с.

102. Иванов В.В., Попов Н. А., Прошина О.В., Рахимова Т.В., Рулев Г.Б., Саенко В.Б. Исследование процессов образования и гибели озона при фотолизе кислорода в камере ВУФ-озонатора // Письма в ЖТФ. 2001. - Т. 27. - №. 1. - С. 65-71.

103. Физико-химические свойства окислов. Справочник / Под ред. Г. В. Самсонова. М.: Металлургия, 1978. 472 с.

104. Колыпгоф И.М., Стенгер В.А. Объемный анализ. М.: Госхимиздат, 1952. Т. 2. -С. 337-427.