Эксимерные лампы — будущее медицины и светотехники

Уже несколько десятилетий внимание ученых привлекают удивительные по своим свойствам соединения, именуемые эксимерами и эксиплексами. Молекула эксимера состоит из двух одинаковых атомов, один из них или оба находятся в возбужденном электронном состоянии. При этом данные атомы в обычном, не возбужденном, состоянии не могут образовать такое соединение. Эксиплексами называются аналогичные соединения, но состоящие из двух или трех атомов двух разных типов. При этом эксиплексы из трех атомов встречаются крайне редко и практического применения пока не нашли.

Эксимеры, как правило, образуются из атомов инертных газов. Собственно, такие газы и называются инертными потому, что они не образуют соединений в обычных условиях. Эксиплексы, как правило, состоят из двух атомов: инертного газа и одного из следующих элементов: фтор, хлор, бром, йод. Время жизни эксимеров и эксиплексов в большинстве случаев составляет порядка единиц или десятков наносекунд (хотя известны и соединения с большим сроком жизни). При распаде эксимера испускается ультрафиолетовое (УФ) излучение. Его можно использовать без преобразования для медицинских целей либо с помощью люминофора преобразовать ультрафиолет в видимый спектр точно так же, как это делается в люминесцентных лампах. В инженерной практике эксимеры и эксиплексы обычно называют одним словом — «эксимеры», и именно этот термин мы далее будем использовать.

Принцип работы эксимерной лампы

(https://cdn.elec.ru/i/06/99/06999c223111b398b861b877f025aca5ebfe332c.jpg)
Эксимерная лампа Radium Xeradex 172

Как и в обычной ртутной (люминесцентной) лампе, в эксимерной возникает плазменный разряд, благодаря которому и происходит возбуждение атома. Отличие заключается в том, что в современных эксимерных лампах разряд является диэлектрическим, т. е. плазма при разряде не имеет электрического контакта с электродами.

Для этого электроды покрывают специальным диэлектрическим веществом, тонкий слой которого не разрушается под действием плазмы. Состав этого покрытия является производственным секретом и производителями эксимерных ламп не разглашается.

Лампа имеет герметичную колбу из кварцевого или увиолевого стекла, внутри которой закачан инертный газ под давлением от 0,15 до 1,8 атм, а также (при необходимости) размещается второй компонент эксиплекса. Электроды размещаются внутри колбы.

Для обеспечения непрерывности излучения пускорегулирующая аппаратура (ПРА) должна подавать в лампу электрические импульсы на достаточно высокой частоте. Производители эксимерных ламп не раскрывают параметры импульсов, подаваемых на источник света, но, согласно данным, приведенным в [1], для лампы на основе Xe2 оптимальными являются следующие параметры: напряжение 4 кВ, длительности импульса 20 мкс, частота 6,7 кГц.

Подобно светодиодам, эксимерные лампы диммируются в широких пределах, а их долговечность практически не зависит от количества включений/выключений.

Серийное производство эксимерных ламп впервые в мире было начато компанией OSRAM в 1999 году. Эта модель лампы Xeradex 172 выпускается в Германии до сих пор, ее производство передано выделившейся из состава OSRAM фирмы Radium. В качестве рабочего вещества используется Xe2, длина волны составляет 172 нм. Потребляемая мощность, в зависимости от модификации, достигает 1000 Вт, КПД составляет около 40 %, срок службы — 2500 ч. Под действием излучения 172 нм не происходит дезинфекция, но зато распадаются некоторые токсичные соединения, поэтому такие лампы применяются в системах очистки воды. Также излучение с данной длиной волны нашло свое применение в промышленности для тонкой очистки поверхностей и затвердевания некоторых сортов лака.

По информации из имеющихся источников, излучение с длиной волны 222 нм могут давать только эксимерные лампы. Пандемия COVID-19 ускорила работы над данной технологией, и уже в августе 2020 г. японская компания Ushio начала серийное производство таких ламп.

При налаживании массового производства эксимерных ламп станут ненужными рециркуляторы — достаточно повесить в публичных местах открытые излучатели на 222 нм, они будут надежно дезинфицировать как воздух, так и поверхности в присутствии людей. Установка таких излучателей в операционных позволит дезинфицировать поверхности в постоянном режиме. Это поможет значительно сократить время проведения операций и уменьшить послеоперационные осложнения. Специалисты говорят о настоящей революции в медицине.

Общее освещение

(https://cdn.elec.ru/i/d0/3f/d03f1333ada3e32f64b98238b85c934934c2f3b4.jpg)
Эксимерная лампа Ushio Care222


До сих пор есть применения, где светодиоды не могут заменить газоразрядные источники света и даже лампы накаливания. В первую очередь это заводские цеха с высокой температурой. Горячий воздух поднимается вверх, и даже если люди работают в относительно комфортной температуре, светильникам приходится выдерживать сильный нагрев до +80 °С, что приводит к быстрому выходу из строя светодиодов. Эксимерные лампы теоретически могут работать в таких условиях, при этом, в отличие от люминесцентных и металлогалогенных, они не содержат ртуть. Значит, снижается нагрузка на окружающую среду и нет необходимости в специальных мерах по утилизации.

источник - здесь (https://www.elec.ru/articles/eksimernye-lampy-budushee-mediciny-i-svetotehniki/)