eng
Выпуск #1/2015
Э. Соснин, В. Тарасенко
Эксилампы – перспективный инструмент фотоники
Эксилампы – перспективный инструмент фотоники
Просмотры: 5437
Среди большого разнообразия некогерентных источников узкополосного излучения в УФ-и вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ) диапазоне спектра эксилампы выделяются удачным сочетанием своих физических параметров и удобством эксплуатации. Эти качества позволяют широко использовать эксилампы для облучения протяженных объектов: будь то кюветы с растворами и газами или помещения для содержания животных, или операционные комнаты
Теги: excimer lamps sources of narrow-band radiation in the uv- and –vuv-spectral ra источники уф- и вуф-излучения эксилампы
В
2015 году исполняется 25 лет с момента начала исследований нового класса газоразрядых источников излучения – эксиламп – в лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН. За это время было создано 18 образцов эксиламп и фотореакторов, а также продемонстрирована их широкая применимость в решении различных задач (фотохимия, фотомедицина, газовая промышленность и т.д.).
Слово "эксилампа" обобщающее названием класса устройств, излучающих спонтанное ультрафиолетовое (УФ) и/или вакуумное ультрафиолетовое (ВУФ) излучение эксимерных и эксиплексных молекул. Сегодня имеется большое разнообразие таких источников света (ИС): их классифицируют как по рабочим молекулам (табл.1), так по способу возбуждения газовой среды и конструктивному исполнению [1, 2].
Было установлено, что наибольших величин ресурса можно достичь при возбуждении безэлектродным емкостным и барьерным разрядами, это и сделало такие эксилампы коммерчески привлекательными. Например, на основе ксеноновых барьерных эксиламп разрабатывается целый ряд ВУФ ИС, а также безртутных линейных и плоских люминесцентных ламп. Перечислим вкратце ряд преимуществ эксиламп с точки зрения их применимости:
В отличие от люминесцентных и тепловых УФ и ВУФ ИС большая часть лучистого потока эксиламп сосредоточена в УФ или ВУФ диапазоне, в сравнительно узкой спектральной зоне полушириной от 2 до 15 нм для эксиплексных молекул RgX* (рис. 1) и до 30 нм для эксимеров инертных газов X2* [1–3]. Это обеспечивает селективность проведения разнообразных фотохимических реакций и, соответственно, широкую применимость ИС в задачах, где нужна узкополосность и не нужны направленность и когерентность излучения [4].
Удельный лучистый поток (Вт/см3) эксиламп превышает величины, характерные для ртутных ламп низкого давления на резонансных переходах атомов. Энергетическая светимость (до 100 мВт/см2) и, в отличие от эксиплексных и эксимерных лазеров, отсутствие самопоглощения на рабочих длинах волн большинства эксиламп.
Разнообразие в конструктивном исполнении, о чем мы отдельно расскажем далее.
Легкость включения с быстрым выходом на максимум мощности после зажигания (менее 1 с), что чаще всего не требует оснащения ИС пускорегулирующей аппаратурой. Так, питание эксиламп барьерного разряда (БР) осуществляется импульсами напряжения с амплитудой до нескольких киловольт и частотой до нескольких сотен килогерц, поэтому эти устройства не нуждаются в специальных стартерах. Это же определяет сравнительную электробезопасность эксиламп БР, поскольку разряд в колбе ограничен диэлектрическим барьером, и ток разряда ограничивается десятками миллиампер.
Разогрев колб до умеренных температур. За это в зарубежной литературе эксилампы называют cold emission sources. Это свойство полезно при облучении объектов, чувствительных к термическому воздействию.
Полезный срок службы в лучших образцах эксиламп (trk период времени, когда происходит снижение потока излучения эксилампы на k процентов) tr15–20 > 10 000 ч для хлорсодержащих эксиламп и tr5 > 10 000 ч – для заполненных инертным газом. Часто этот параметр является решающим при использовании ИС в тех или иных приложениях.
Эффективность (отношение полезной излучаемой лампой мощности к подводимой к ней мощности) от 7 до 40% (в зависимости от сорта рабочей молекулы) [1, 2].
Наконец важным на сегодня свойством эксиламп является отсутствие ртути в колбе (исключая эксилампы на галогенидах ртути HgX*, которые не получили распространения). Как справедливо отмечено в [6], при разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, при условии его полного испарения, происходит загрязнение воздуха до уровня ПДК в помещении 300 000 м3. Поэтому в странах ЕС была принята директива 2011/65/EU о постепенном выводе из хозяйственного оборота ИС, содержащих ртуть, и/или сокращении использования ртути при производстве ИС. По ряду позиций, например, по сравнению ртутными лампами низкого давления, эксилампы сегодня уже имеют лучшие параметры (см. п.2), но не содержат ртути, что обеспечивает им перспективу для введения в разного рода бактерицидные установки [7].
За последнее время стало заметно, что ежегодно в мире появляются новые фирмы и исследовательские группы, занятые исследованием и выпуском эксиламп или использующие их в качестве компонентов для различного оборудования [8].
В лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН исследования эксиламп начались 25 лет назад. В 1990–1997 годы проведены первые исследования условий формирования излучения эксимерных и эксиплексных молекул. Дальнейшее развитие этой темы было стимулировано появлением мощных, серийных и недорогих полевых и биполярных транзисторов для электрических схем возбуждения БР, получения доступа к качественному кварцевому стеклу отечественного производства [9] и выявления режимов работы эксиламп, обеспечивающих их высокие сроки службы.
Созданные эксилампы оказались сравнительно недорогими (цена эксилампы по крайней мере на порядок меньше цены УФ- или ВУФ-лазера), показали свою применимость практически во всех известных фотопроцессах, в которых необходимо УФ- и/или ВУФ-излучение. Таким образом, во многих случаях, когда необходимо облучать узкополосным излучением протяженные объекты [10], соответствовать современному экологическому стандарту, а когерентность излучения не важна, эксилампы выступают как альтернатива лазерному излучению. В сравнении со УФ светодиодами (в диапазоне длин волн 200–300 нм) по стоимости одного ватта излучения и срокам службы эксилампы на сегодня тоже вне конкуренции.
Дадис примеры моделей ИС на основе эксиламп, разработанных в институте, получивших коммерческое и полукоммерческое значение. Под "полукоммерческими" мы понимаем модели, выпущенные малыми партиями и нашедшие своего потребителя на рынке.
Серия BD_P (barrier discharge, portable) - портативные коаксиальные облучатели с эксилампой, помещенной в кожух, снабженной воздушным охлаждением и отражателем (рис.2, табл. 2). Такие ИС имеют сравнительно небольшие размеры – 240 × 80 × 80 мм, массу 700 г, удобны для научных исследований и пользуются популярностью в России и за рубежом.
Для обеспечения большей площади облучения было разработано несколько моделей ИС. Так в серии BD_2P в корпус вместо одинарной колбы устанавливается пара колб. Этот ИС изначально был разработан для применения в дерматологии, поэтому здесь используется излучение молекул XeCl* и таймер для установки времени фотолечения. Такой источник при габаритах 125 × 130 × 270 мм и размерах окна 120 × 120 мм обеспечивает энергетическую освещенность до 34 мВт/cм2 при потреблении до 80 Вт.
Серия BD_EL (barrier discharge, extra large) - ИС с длинной коаксиальной эксилампой, помещенной в кожух, снабженной воздушным охлаждением и отражателем (рис.3). На базе этой модели выпускаются эксилампы на рабочих молекулах KrCl*, XeCl* и XeBr*. Излучение выводится через фланец, имеющий размеры 85 × 10 см.
Одним из параметров, влияющих на эффективность и ресурс эксилампы, является ее температурный режим. Повышение температуры колбы лампы приводит к снижению как эффективности, так и ресурса. Это вызывает необходимость принудительного охлаждения колбы. В случае вышеописанных моделей при указанных уровнях энергетической светимости достаточно использовать сравнительно простое воздушное охлаждение. Заметим, что в практике других производителей обычно используется водяное охлаждение. В этом случае удается довести удельный лучистый поток KrCl- и XeCl-эксиламп барьерного разряда до 0,1 Вт/см3. Нами показано, что в случае мощной Xe2-эксилампы достаточно использовать воздушное охлаждение, что было реализовано в модели BD_Cs (barrier discharge, cascade), представляющий собой протяженный ИС, содержащий коаксиальные эксилампы, снабженные воздушным охлаждением и общим отражателем, собранные в каскад с выходным окном 20 × 20 см (рис. 4). Данный источник света обеспечивал лучистый поток излучения 50 Вт и энергетическую светимость на полосе димера ксенона (172 нм) до 120 мВт/см2.
Институт также занимается разработкой различных фотореакторов для воздействия на растворы и газы. Для лабораторных целей, при облучении сравнительно небольших объемов жидкости, достаточно использовать модель BD_P [9]. Для интенсификации облучения растворов и газов применяется схема проточного фотореактора, в котором облучаемая среда пропускается через кварцевую трубку, размещенную во внутренней полости эксиламп. По этому принципу работает модель серии BD_R (barrier discharge, reactor). Общий вид и параметры модели отражены на рис. 5 и в табл. 3.
В институте также накоплен уникальный опыт разработки фотореакторов для облучения плотных газов (до 40 атм) на основе Xe2-эксиламп [11].
Описание этих и других моделей эксиламп можно найти по адресу www.hcei.tsc.ru в разделе "технологии" [12]. Благодаря их использованию удалось провести широкомасштабные исследования по воздействию излучения эксиламп на различные системы (табл. 4), в частности, на различные водные растворы токсичных соединений для их удаления [4, 9]; на микроорганизмы, для их инактивации [7, 12]; на природный газ, для его очистки от примесей воды перед закачкой в газопровод [11]; для пробоподготовки в аналитической химии [13]; на кожу человека, для фотолечения псориаза, витилиго, атопического дерматита и экземы [13, 14] и др.
Вот примеры результатов, полученных в последнее время. В 2012–2013 годы в сотрудничестве с Томским сельскохозяйственным институтом и ЗАО "Сибирская Аграрная Группа" был исследован вопрос о физиологическом действии излучения XeCl-эксилампы на животных [15]. Актуальность исследования связана с тем, что животные в современных крупных животноводческих комплексах весь жизненный цикл проводят в закрытых помещениях. С одной стороны, это препятствует распространению эпидемических заболеваний, а с другой – лишает животных доступа к солнечному свету, в том числе к коротковолновой части солнечного УФ-излучения (примерно 290–320 нм), что в естественных условиях стимулирует физиологическую активность животных. Физиологическое действие излучения было изучено на беспородных белых мышах и свиноматках. В результате не выявлено токсического и эмбриотоксического, кожно-дезорптивного и аллергического действия излучения, но показано увеличение живой массы на 2,6–3,1%. Кроме того, небольшие дозы облучения свиноматок позволяют уменьшить смертность среди новорожденных поросят более чем в два раза. Найденные факты позволяют надеяться на последующее широкое применение XeCl-эксиламп для обеспечения технологических процессов содержания животных.
В 2002 году сотрудники института в ходе исследований по облучению живых клеток излучением эксиламп обнаружили пороговый эффект воздействия: зависимость количества выживших клеток яичника китайского хомяка от введенной дозы ультрафиолетового излучения XeBr-эксилампы носит пороговый характер, чего нет при инактивации микроорганизмов [16]. Благодаря этому появилась возможность выбора такой дозы облучения эксилампой, при которой происходит инактивация бактерий без нарушения функциональной активности фибробластов живой ткани. Это важно, например, для хирургии, для задачи послеоперационной обработки ран. В частности, была выдвинута гипотеза о снижении риска канцерогенеза в живой ткани под воздействием KrCl- или KrBr-эксиламп. Эта гипотеза подтвердилась в 2013 году, когда сотрудники Медицинского центра Колумбийского университета (США) провели его экспериментальную проверку с помощью эксилампы модели BD_P, а именно, было показано, что, во-первых, узкополосное ультрафиолетовое излучение KrBr-эксилампы эффективно против антибиотикоустойчивых бактерий; во-вторых, излучение почти безвредно для генетического материала клеток человека и, в-третьих, излучение KrBr-эксилампы сравнительно безопаснее излучения стандартной ртутной лампы, традиционно применяемой для дезинфекции, поскольку вызывает на порядки меньше мутаций [17].
Все сказанное в нашем обзоре позволяет нам предсказывать в будущем широкое применение приборов фотоники – эксиламп.
Литература
Gellert B., Kogelschatz U. Generation of excimer emission in dielectric barrier discharges. – Appl. Phys. B, 1991, v.52, p.14.
Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения.– Томск: STT, 2011.
Ломаев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А. и др. Эксилампы - эффективные источники спонтанного УФ и ВУФ излучения. – Успехи физических наук, 2003, т.173 (2), с.201.
Sosnin E.A., Oppenländer T., Tarasenko V.F. Applications of Capacitive and Barrier Discharge Excilamps in Photoscience.– J. Photochem. Photobiol. C: Reviews, 2006, v.7, p.145.
Тарасенко В.Ф., Соснин Э.А. Эксилампы барьерного разряда: история, принцип действия, перспективы. – Оптический журнал, 2012, т.79 (10), с.58.
Байнева И., Байнев В. От ламп накаливания к энергоэкономичным источникам света: аспекты перехода. – Фотоника, 2011, №6, с. 30.
Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Жданова О.С. и др. Эксилампы - новый инструмент для проведения фотобиологических исследований. – Биотехносфера, 2012, №3-4, с.52.
Изюмов С.В., Коган О.З., Маркин Н.П. и др. Разработка облучающих систем на основе эксиламп УФ и ВУФ диапазонов: опыт сотрудничества российских научных и промышленных организаций. – Светотехника, 2010, №2, с. 61.
Matafonova G.G., Christofi N., Batoev V.B. et al. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XeBr excilamp in a flow reactor. – Chemosphere, 2008, v.70, p.1124.
Медведев Ю.В., Иванов В.Г., Середа Н.И. и др. Воздействие мощного ультрафиолетового излучения на поток природного газа в проточном фотореакторе. –Наука и техника в газовой промышленности, 2004, №3, с.83.
11. Институт сильноточной электроники СО РАН [Электронный ресурс] : – Электрон. дан. – Томск, [2014] – URL: http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/technologies/tech10.html
Автаева С.В., Жданова О.С., Пикулев А.А., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Новые направления в научных исследованиях и применении эксиламп. Томск: STT, 2013.
Соснин Э.А., Захарова Э.А., Баталова В.Н. Применение эксиламп в аналитической химии. – Заводская лаборатория, 2005, т.71 (8), с.18.
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.
Патент RU 129761. Устройство для ультрафиолетового облучения животныx / Э.А.Соснин, В.Ф.Тарасенко, И.И.Волотко, Д.Н.Сафонов
Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A. et al. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, v.34 (4), p.1359.
Buonanno М., Randers-Pehrson G., Bigelow A.W. et al. 207-nm UV Light - A Promising Tool for Safe Low-Cost Reduction of Surgical Site Infections. I: In Vitro Studies. – PLOS ONE, 2013, v.8 (10), e76968.
2015 году исполняется 25 лет с момента начала исследований нового класса газоразрядых источников излучения – эксиламп – в лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН. За это время было создано 18 образцов эксиламп и фотореакторов, а также продемонстрирована их широкая применимость в решении различных задач (фотохимия, фотомедицина, газовая промышленность и т.д.).
Слово "эксилампа" обобщающее названием класса устройств, излучающих спонтанное ультрафиолетовое (УФ) и/или вакуумное ультрафиолетовое (ВУФ) излучение эксимерных и эксиплексных молекул. Сегодня имеется большое разнообразие таких источников света (ИС): их классифицируют как по рабочим молекулам (табл.1), так по способу возбуждения газовой среды и конструктивному исполнению [1, 2].
Было установлено, что наибольших величин ресурса можно достичь при возбуждении безэлектродным емкостным и барьерным разрядами, это и сделало такие эксилампы коммерчески привлекательными. Например, на основе ксеноновых барьерных эксиламп разрабатывается целый ряд ВУФ ИС, а также безртутных линейных и плоских люминесцентных ламп. Перечислим вкратце ряд преимуществ эксиламп с точки зрения их применимости:
В отличие от люминесцентных и тепловых УФ и ВУФ ИС большая часть лучистого потока эксиламп сосредоточена в УФ или ВУФ диапазоне, в сравнительно узкой спектральной зоне полушириной от 2 до 15 нм для эксиплексных молекул RgX* (рис. 1) и до 30 нм для эксимеров инертных газов X2* [1–3]. Это обеспечивает селективность проведения разнообразных фотохимических реакций и, соответственно, широкую применимость ИС в задачах, где нужна узкополосность и не нужны направленность и когерентность излучения [4].
Удельный лучистый поток (Вт/см3) эксиламп превышает величины, характерные для ртутных ламп низкого давления на резонансных переходах атомов. Энергетическая светимость (до 100 мВт/см2) и, в отличие от эксиплексных и эксимерных лазеров, отсутствие самопоглощения на рабочих длинах волн большинства эксиламп.
Разнообразие в конструктивном исполнении, о чем мы отдельно расскажем далее.
Легкость включения с быстрым выходом на максимум мощности после зажигания (менее 1 с), что чаще всего не требует оснащения ИС пускорегулирующей аппаратурой. Так, питание эксиламп барьерного разряда (БР) осуществляется импульсами напряжения с амплитудой до нескольких киловольт и частотой до нескольких сотен килогерц, поэтому эти устройства не нуждаются в специальных стартерах. Это же определяет сравнительную электробезопасность эксиламп БР, поскольку разряд в колбе ограничен диэлектрическим барьером, и ток разряда ограничивается десятками миллиампер.
Разогрев колб до умеренных температур. За это в зарубежной литературе эксилампы называют cold emission sources. Это свойство полезно при облучении объектов, чувствительных к термическому воздействию.
Полезный срок службы в лучших образцах эксиламп (trk период времени, когда происходит снижение потока излучения эксилампы на k процентов) tr15–20 > 10 000 ч для хлорсодержащих эксиламп и tr5 > 10 000 ч – для заполненных инертным газом. Часто этот параметр является решающим при использовании ИС в тех или иных приложениях.
Эффективность (отношение полезной излучаемой лампой мощности к подводимой к ней мощности) от 7 до 40% (в зависимости от сорта рабочей молекулы) [1, 2].
Наконец важным на сегодня свойством эксиламп является отсутствие ртути в колбе (исключая эксилампы на галогенидах ртути HgX*, которые не получили распространения). Как справедливо отмечено в [6], при разбивании ртутной лампы, содержащей 80 мг металла, при условии его полного испарения, происходит загрязнение воздуха до уровня ПДК в помещении 300 000 м3. Поэтому в странах ЕС была принята директива 2011/65/EU о постепенном выводе из хозяйственного оборота ИС, содержащих ртуть, и/или сокращении использования ртути при производстве ИС. По ряду позиций, например, по сравнению ртутными лампами низкого давления, эксилампы сегодня уже имеют лучшие параметры (см. п.2), но не содержат ртути, что обеспечивает им перспективу для введения в разного рода бактерицидные установки [7].
За последнее время стало заметно, что ежегодно в мире появляются новые фирмы и исследовательские группы, занятые исследованием и выпуском эксиламп или использующие их в качестве компонентов для различного оборудования [8].
В лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники СО РАН исследования эксиламп начались 25 лет назад. В 1990–1997 годы проведены первые исследования условий формирования излучения эксимерных и эксиплексных молекул. Дальнейшее развитие этой темы было стимулировано появлением мощных, серийных и недорогих полевых и биполярных транзисторов для электрических схем возбуждения БР, получения доступа к качественному кварцевому стеклу отечественного производства [9] и выявления режимов работы эксиламп, обеспечивающих их высокие сроки службы.
Созданные эксилампы оказались сравнительно недорогими (цена эксилампы по крайней мере на порядок меньше цены УФ- или ВУФ-лазера), показали свою применимость практически во всех известных фотопроцессах, в которых необходимо УФ- и/или ВУФ-излучение. Таким образом, во многих случаях, когда необходимо облучать узкополосным излучением протяженные объекты [10], соответствовать современному экологическому стандарту, а когерентность излучения не важна, эксилампы выступают как альтернатива лазерному излучению. В сравнении со УФ светодиодами (в диапазоне длин волн 200–300 нм) по стоимости одного ватта излучения и срокам службы эксилампы на сегодня тоже вне конкуренции.
Дадис примеры моделей ИС на основе эксиламп, разработанных в институте, получивших коммерческое и полукоммерческое значение. Под "полукоммерческими" мы понимаем модели, выпущенные малыми партиями и нашедшие своего потребителя на рынке.
Серия BD_P (barrier discharge, portable) - портативные коаксиальные облучатели с эксилампой, помещенной в кожух, снабженной воздушным охлаждением и отражателем (рис.2, табл. 2). Такие ИС имеют сравнительно небольшие размеры – 240 × 80 × 80 мм, массу 700 г, удобны для научных исследований и пользуются популярностью в России и за рубежом.
Для обеспечения большей площади облучения было разработано несколько моделей ИС. Так в серии BD_2P в корпус вместо одинарной колбы устанавливается пара колб. Этот ИС изначально был разработан для применения в дерматологии, поэтому здесь используется излучение молекул XeCl* и таймер для установки времени фотолечения. Такой источник при габаритах 125 × 130 × 270 мм и размерах окна 120 × 120 мм обеспечивает энергетическую освещенность до 34 мВт/cм2 при потреблении до 80 Вт.
Серия BD_EL (barrier discharge, extra large) - ИС с длинной коаксиальной эксилампой, помещенной в кожух, снабженной воздушным охлаждением и отражателем (рис.3). На базе этой модели выпускаются эксилампы на рабочих молекулах KrCl*, XeCl* и XeBr*. Излучение выводится через фланец, имеющий размеры 85 × 10 см.
Одним из параметров, влияющих на эффективность и ресурс эксилампы, является ее температурный режим. Повышение температуры колбы лампы приводит к снижению как эффективности, так и ресурса. Это вызывает необходимость принудительного охлаждения колбы. В случае вышеописанных моделей при указанных уровнях энергетической светимости достаточно использовать сравнительно простое воздушное охлаждение. Заметим, что в практике других производителей обычно используется водяное охлаждение. В этом случае удается довести удельный лучистый поток KrCl- и XeCl-эксиламп барьерного разряда до 0,1 Вт/см3. Нами показано, что в случае мощной Xe2-эксилампы достаточно использовать воздушное охлаждение, что было реализовано в модели BD_Cs (barrier discharge, cascade), представляющий собой протяженный ИС, содержащий коаксиальные эксилампы, снабженные воздушным охлаждением и общим отражателем, собранные в каскад с выходным окном 20 × 20 см (рис. 4). Данный источник света обеспечивал лучистый поток излучения 50 Вт и энергетическую светимость на полосе димера ксенона (172 нм) до 120 мВт/см2.
Институт также занимается разработкой различных фотореакторов для воздействия на растворы и газы. Для лабораторных целей, при облучении сравнительно небольших объемов жидкости, достаточно использовать модель BD_P [9]. Для интенсификации облучения растворов и газов применяется схема проточного фотореактора, в котором облучаемая среда пропускается через кварцевую трубку, размещенную во внутренней полости эксиламп. По этому принципу работает модель серии BD_R (barrier discharge, reactor). Общий вид и параметры модели отражены на рис. 5 и в табл. 3.
В институте также накоплен уникальный опыт разработки фотореакторов для облучения плотных газов (до 40 атм) на основе Xe2-эксиламп [11].
Описание этих и других моделей эксиламп можно найти по адресу www.hcei.tsc.ru в разделе "технологии" [12]. Благодаря их использованию удалось провести широкомасштабные исследования по воздействию излучения эксиламп на различные системы (табл. 4), в частности, на различные водные растворы токсичных соединений для их удаления [4, 9]; на микроорганизмы, для их инактивации [7, 12]; на природный газ, для его очистки от примесей воды перед закачкой в газопровод [11]; для пробоподготовки в аналитической химии [13]; на кожу человека, для фотолечения псориаза, витилиго, атопического дерматита и экземы [13, 14] и др.
Вот примеры результатов, полученных в последнее время. В 2012–2013 годы в сотрудничестве с Томским сельскохозяйственным институтом и ЗАО "Сибирская Аграрная Группа" был исследован вопрос о физиологическом действии излучения XeCl-эксилампы на животных [15]. Актуальность исследования связана с тем, что животные в современных крупных животноводческих комплексах весь жизненный цикл проводят в закрытых помещениях. С одной стороны, это препятствует распространению эпидемических заболеваний, а с другой – лишает животных доступа к солнечному свету, в том числе к коротковолновой части солнечного УФ-излучения (примерно 290–320 нм), что в естественных условиях стимулирует физиологическую активность животных. Физиологическое действие излучения было изучено на беспородных белых мышах и свиноматках. В результате не выявлено токсического и эмбриотоксического, кожно-дезорптивного и аллергического действия излучения, но показано увеличение живой массы на 2,6–3,1%. Кроме того, небольшие дозы облучения свиноматок позволяют уменьшить смертность среди новорожденных поросят более чем в два раза. Найденные факты позволяют надеяться на последующее широкое применение XeCl-эксиламп для обеспечения технологических процессов содержания животных.
В 2002 году сотрудники института в ходе исследований по облучению живых клеток излучением эксиламп обнаружили пороговый эффект воздействия: зависимость количества выживших клеток яичника китайского хомяка от введенной дозы ультрафиолетового излучения XeBr-эксилампы носит пороговый характер, чего нет при инактивации микроорганизмов [16]. Благодаря этому появилась возможность выбора такой дозы облучения эксилампой, при которой происходит инактивация бактерий без нарушения функциональной активности фибробластов живой ткани. Это важно, например, для хирургии, для задачи послеоперационной обработки ран. В частности, была выдвинута гипотеза о снижении риска канцерогенеза в живой ткани под воздействием KrCl- или KrBr-эксиламп. Эта гипотеза подтвердилась в 2013 году, когда сотрудники Медицинского центра Колумбийского университета (США) провели его экспериментальную проверку с помощью эксилампы модели BD_P, а именно, было показано, что, во-первых, узкополосное ультрафиолетовое излучение KrBr-эксилампы эффективно против антибиотикоустойчивых бактерий; во-вторых, излучение почти безвредно для генетического материала клеток человека и, в-третьих, излучение KrBr-эксилампы сравнительно безопаснее излучения стандартной ртутной лампы, традиционно применяемой для дезинфекции, поскольку вызывает на порядки меньше мутаций [17].
Все сказанное в нашем обзоре позволяет нам предсказывать в будущем широкое применение приборов фотоники – эксиламп.
Литература
Gellert B., Kogelschatz U. Generation of excimer emission in dielectric barrier discharges. – Appl. Phys. B, 1991, v.52, p.14.
Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения.– Томск: STT, 2011.
Ломаев М.В., Скакун В.С., Соснин Э.А. и др. Эксилампы - эффективные источники спонтанного УФ и ВУФ излучения. – Успехи физических наук, 2003, т.173 (2), с.201.
Sosnin E.A., Oppenländer T., Tarasenko V.F. Applications of Capacitive and Barrier Discharge Excilamps in Photoscience.– J. Photochem. Photobiol. C: Reviews, 2006, v.7, p.145.
Тарасенко В.Ф., Соснин Э.А. Эксилампы барьерного разряда: история, принцип действия, перспективы. – Оптический журнал, 2012, т.79 (10), с.58.
Байнева И., Байнев В. От ламп накаливания к энергоэкономичным источникам света: аспекты перехода. – Фотоника, 2011, №6, с. 30.
Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Жданова О.С. и др. Эксилампы - новый инструмент для проведения фотобиологических исследований. – Биотехносфера, 2012, №3-4, с.52.
Изюмов С.В., Коган О.З., Маркин Н.П. и др. Разработка облучающих систем на основе эксиламп УФ и ВУФ диапазонов: опыт сотрудничества российских научных и промышленных организаций. – Светотехника, 2010, №2, с. 61.
Matafonova G.G., Christofi N., Batoev V.B. et al. Degradation of chlorophenols in aqueous media using UV XeBr excilamp in a flow reactor. – Chemosphere, 2008, v.70, p.1124.
Медведев Ю.В., Иванов В.Г., Середа Н.И. и др. Воздействие мощного ультрафиолетового излучения на поток природного газа в проточном фотореакторе. –Наука и техника в газовой промышленности, 2004, №3, с.83.
11. Институт сильноточной электроники СО РАН [Электронный ресурс] : – Электрон. дан. – Томск, [2014] – URL: http://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/technologies/tech10.html
Автаева С.В., Жданова О.С., Пикулев А.А., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Новые направления в научных исследованиях и применении эксиламп. Томск: STT, 2013.
Соснин Э.А., Захарова Э.А., Баталова В.Н. Применение эксиламп в аналитической химии. – Заводская лаборатория, 2005, т.71 (8), с.18.
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.
Патент RU 129761. Устройство для ультрафиолетового облучения животныx / Э.А.Соснин, В.Ф.Тарасенко, И.И.Волотко, Д.Н.Сафонов
Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A. et al. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis. – IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, v.34 (4), p.1359.
Buonanno М., Randers-Pehrson G., Bigelow A.W. et al. 207-nm UV Light - A Promising Tool for Safe Low-Cost Reduction of Surgical Site Infections. I: In Vitro Studies. – PLOS ONE, 2013, v.8 (10), e76968.
Отзывы читателей
